Científicos del CONICET desarrollaron una técnica que abre el camino para la fabricación de celdas fotovoltaicas para paneles solares de alto rendimiento y de bajo costo. ¿El material empleado? Silicio microcristalino. Una novedad adicional: permitirían obtener superficies de diversas formas, sin necesidad de que el panel sea plano, como hasta ahora.
(20/05/11 – Agencia CyTA – Instituto Leloir)-. Con el objetivo de promover el desarrollo de energías renovables basadas en la energía del Sol, del viento y de corrientes oceánicas, entre otras fuentes no contaminantes, científicos de distintas partes de mundo se esfuerzan por desarrollar tecnologías que no sólo sean eficaces sino también económicas a fin de lograr su uso masivo.
En ese contexto, el doctor en Física Roberto Arce, director de la carrera de Ingeniería en Materiales de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Litoral (UNL) realiza estudios que apuntan al desarrollo de celdas fotovoltaicas de alto rendimiento y de bajo costo que conviertan la energía solar en electricidad.
“Los paneles solares, utilizados para generar energía eléctrica, están constituidos por celdas fotovoltaicas- En general estos son procesos con una eficiencia del orden del 10 al 20 por ciento, es decir, convierten este porcentaje de la energía que les llega del sol en energía eléctrica. Un panel solar de alrededor de medio metro cuadrado produce la energía eléctrica necesaria para alimentar una lámpara de 40 Watts. Sin embargo son dispositivos costosos y su fabricación es relativamente compleja”, explica el doctor Arce que también se desempeña como investigador del CONICET.
Más económico
Una técnica desarrollada por el grupo en el que participa Arce –descrita en la revista científica Advances in Materials Science Research– abre el camino para el desarrollo de paneles solares más económicos y de alto rendimiento.
En la actualidad la mayoría de las celdas fotovoltaicas están compuestas de silicio monocristalino. “El silicio monocristalino es un material que se obtiene a partir de silicatos, por ejemplo la misma arena que se usa en la construcción. Sin embargo para obtener el silicio cristalino a partir de esta arena se requiere un proceso bastante complejo, que involucra un alto costo energético. Los requerimientos fotovoltaicos imponen además que el silicio deba ser purificado a niveles extremos, disminuyendo los niveles de impureza por debajo de uno en un millón. Más aún, el requerimiento de hacerlo monocristalino implica un tratamiento especial”, destaca Arce. Y agrega: “Como resultado de este proceso las celdas fotovoltaicas preparadas con estos materiales están entre las más eficientes de las conocidas y por el momento son las que proveen la mejor relación costo/beneficio, sin embargo aún son costosas si se las compara con fuentes convencionales de energía”.
Por esta razón, Arce y sus colegas del área de materiales del Instituto para el Desarrollo Tecnológico para la Industria Química de la UNL –CONICET realizan estudios para desarrollar celdas más económicas y de alto rendimiento basadas en silicio microcristalino. “Desde el punto de vista químico, este tipo de silicio es igual al silicio monocristalino, se trata del mismo elemento, solo difiere del mismo en el modo en que ha cristalizado. Cuando un elemento cristaliza lo que hace es, a escala microscópica, ordenar sus átomos de una manera regular. Cuando hablamos de una celda monocristalina estamos diciendo que la celda en si misma, que suele tener un tamaño cercano a los 10 centímetros. Es un único cristal, es decir que si pudiésemos ‘caminar’ pisando cada uno de los átomos de la celda, circularíamos de extremo a extremo de la celda sabiendo exactamente el lugar donde encontraríamos cada uno de los átomos. Cuando hablamos de un silicio microcristalino lo que decimos es que la celda esta constituida por un cúmulo de pequeños monocristales cuyo tamaño es del orden de las décimas de milímetros, o aún mas pequeño. La ventaja de este material es que para su fabricación no se requiere pasar por el proceso de cristalización al que se hizo referencia previamente y que es considerablemente costoso. Además, la celda fabricada con este tipo de silicio requieren una cantidad de material mucho menor que el utilizado con el silicio monocristalino.
El grupo del que forma parte el doctor Arce ha desarrollado una tecnología que permite alcanzar granos monocristalinos del tamaño mencionado sin un mayor costo energético, y con tecnologías relativamente simples, y posteriormente fabrican láminas de silicio microcristalino. “Actualmente se está en la etapa de construir estructuras combinando capas de diferentes características de este silicio para lograr tener una celda fotovoltaica”; explicó el investigador del CONICET.
Además de la mencionada revista científica, los avances de esta línea investigación han sido descritos en otras publicaciones tales como Thin Solid Films y Journal of Physic, entre otras.
Por otra parte, Arce destacó que las técnicas de fabricación que desarrolló con sus colegas permiten que las celdas fotovoltaicas compuestas de silicio microcristalino puedan ser depositadas sobre superficies de diversas formas, sin necesidad de que éstas sean planas. “Esto tiene la ventaja de facilitar la integración de la celda a prácticamente cualquier objeto. Por el contrario, las monocristalinas convencionales son planas y solo permiten la fabricación de paneles que poseen esta forma”, puntualizó.
Otras fuentes de energía
No cabe duda que los recursos convencionales de energía, como el petróleo, el carbón y el gas, son limitados, afirmó Arce. Y agregó: “Las proyecciones que existen actualmente, basadas en el ritmo de consumo que tiene la civilización y las reservas estimadas, calculan que los recursos de este tipo estarán extinguiéndose en el término de unas cinco décadas. Esto quiere decir que no tenemos demasiado tiempo como para dedicarlos al desarrollo de los dispositivos que nos permitan reemplazar las fuentes convencionales.”
No menos importante es la consecuencia que trae el uso de los combustibles fósiles debido a la producción de gases contaminantes que se liberan a la atmosfera, generando entre otras cosas el famoso efecto invernadero, subrayó el investigador del CONICET. Y concluyó: “El uso la energía fotovoltaica, como así también otras similares como la eólica, la geotérmica o la mareomotriz tienen la ventaja de no generar contaminación adicional en el proceso de generación energética.
Cristalización en etapa intermedia de una lámina de silicio de aproximadamente un micrón de espesor. Las partes amarillas corresponden a los cristales de silicio, mientras que las partes rojas corresponden al silicio aún sin cristalizar. Las áreas amarillas tienen un tamaño de aproximadamente 100 micrones, dimensión aproximada del diámetro de un cabello humano.
Créditos: Doctor en Física Roberto Arce