Las obleas de silicio son el corazón de las células solares. Sin embargo, fabricarlas no es barato. Más del 50 por ciento del silicio puro utilizado se transforma en polvo. Una nueva técnica de fabricación desarrollada por los investigadores de Fraunhofer pone fin a estas pérdidas de material, conahorros de material del 50 por ciento junto con una reducción del 80 por ciento en los costos de energía.
Brillan en azul oscuro en los tejados. En nuestras casas nos dan iluminación, mientras que proporcionan electricidad a lámparas, refrigeradores y otros electrodomésticos. Estamos hablando de células solares. Un componente clave de estas son las delgadas obleas de silicio. La fabricaciónde estas obleas consume mucho tiempo y energía y, en consecuencia, es caro. Además, alrededor de la mitad del silicio se pierde durante la producción de las obleas. El precio actual del polisilicio es de unos 15 euros el kilo, lo que significa que por cada kilogramo de polisiliciousado, alrededor de 8 euros del material termina como silicio contaminado y, por lo tanto, inutilizable.
Menos pérdidas de material y 80 por ciento menos de energía
Este no es el caso con el nuevo proceso desarrollado por investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE en Friburgo. "Con nuestro método, podemos evitar casi todas las pérdidas que ocurren durante el proceso de producción convencional", dice el investigador.Dr. Stefan Janz del ISE. "Esto significa que estamos reduciendo las pérdidas de material en un 50 por ciento mientras usamos un 80 por ciento menos de energía".
Para entender cómo los investigadores han logrado esto, vale la pena echar un vistazo al proceso de fabricación convencional de obleas de silicio. Este proceso comienza con un trozo impuro de silicio. El silicio impuro se licua y purifica agregando cloro.El material así creado se conoce como clorosilano. Si se agrega hidrógeno al gas resultante, se transforma nuevamente en polisilicio de alta pureza. Pero esta no es la forma cristalina necesaria para las células solares. Por lo tanto, los trozos de silicio resultantes se vuelven a romper,fundido a 1450 grados Celsius, cultivado con diferentes métodos y transferido a lingotes de silicio que pesan entre 200 y más de 1000 kilogramos. A partir de estos, se crean bloques de forma cuadrada y finalmente se cortan en pequeñas obleas.
De manera similar, en el nuevo proceso, los investigadores primero fabrican clorosilano, lo calientan a más de 1000 grados Celsius y lo mezclan con hidrógeno. "No dejamos que el silicio crezca al azar, sino que lo inducimos inmediatamente a la forma cristalina deseada".explica Janz. Esto se hace a través de la deposición de vapor químico. Aquí, el silicio gaseoso fluye más allá del sustrato - en sí mismo una oblea de silicio - y recubre su superficie. De esta manera, la oblea crece capa atómica por capa atómica. Para hacer la nueva obleafácilmente separables del sustrato, los investigadores introducirán de antemano un punto de ruptura mecánico en forma de silicio poroso. Estos sustratos se pueden reutilizar varias docenas de veces. No sólo sirven como una "placa de respaldo", sino que también proporcionan la información cristalina necesaria.Esto se debe a que, para las células solares, se necesita un cristal de silicio en el que los átomos estén dispuestos en una matriz regular, como en un diamante. El sustrato informa a los átomos, por así decirlo, sobre cómo debense separan del silicio gaseoso."De esta manera obtenemos un muy buen monocristal, que es el mejor tipo de cristal, y las obleas son de la misma calidad que las producidas con métodos convencionales", dice Janz.
células solares de menor costo
En resumen, la oblea crece exactamente como los investigadores quieren, sin necesidad de un aserrado engorroso, un paso del proceso que desperdicia casi la mitad del material de entrada de alta pureza.
Otra ventaja del nuevo proceso es que permite que las obleas se fabriquen tan delgadas como se desee. Con el proceso convencional, las obleas de silicio deben tener un grosor mínimo de 150 a 200 micrómetros, de lo contrario las pérdidas por corte serían demasiado elevadas.Pero las células solares pueden arreglárselas con obleas mucho más delgadas. Y cuanto más delgada es la oblea, más barata es la célula solar. Por lo tanto, el nuevo proceso ahorra material de dos maneras: evitando un proceso de fabricación de obleas que derrocha y permitiendo espesores reducidos de obleas. Estas ganancias realmentesuman porque reducir el costo de la oblea a la mitad reduce el costo de todo el módulo solar en un 20 por ciento.
En junio de 2015, una empresa derivada llamada NexWafe asumió la responsabilidad de llevar esta nueva técnica de producción de obleas al mercado. "En la fase piloto de esta tecnología, estamos trabajando en estrecha cooperación con nuestros colegas de Fraunhofer ISE".dice el Dr. Stefan Reber, CEO de NexWafe. La finalización de la fábrica y el inicio de la producción en masa de las obleas de menor costo están programadas para fines de 2017.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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