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Accelerated development and prototyping of nano-technology-based high-efficiency thin-film silicon solar modules

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La próxima generación de baterías de células solares ha llegado

Los módulos solares de silicio de película fina son una alternativa relativamente económica a las células solares convencionales de silicio cristalino. Un equipo investigador, financiado con fondos europeos, ha mejorado la eficacia de estas células solares de próxima generación y ha dado un paso importante de cara a su comercialización.

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En los módulos solares de película fina, el silicio se aplica a un sustrato en forma de capa con un grosor aproximado de tres micrómetros, sin la necesidad de emplear métodos de gran precisión a base de costosas obleas para poder cortar las capas. Estos módulos solares de silicio de película fina se componen de dos capas, una encima de la otra, que absorben distintas fracciones de luz y resultan especialmente eficientes. Sin embargo, el alto grado de eficiencia obtenido va asociado a una elevada complejidad puesto que cada capa se divide en varias subcapas que se influyen mutuamente de manera compleja. La dificultad para predecir estas interacciones provoca que las células solares de silicio de película fina se basen en combinaciones demostradas de componentes y sustratos. El proyecto FAST TRACK (Accelerated development and prototyping of nano-technology-based high-efficiency thin-film silicon solar modules), financiado con fondos europeos, ha permitido a un grupo de científicos aunar su pericia para optimizar la combinación de componentes. Mediante la armonización de distintos enfoques para la gestión de luz y la optimización de los materiales absorbentes de luz, se diseñó una nueva generación de módulos solares de silicio de película fina con una eficiencia del 12 % cuyo coste debería ser inferior a 0,5 euros por vatio de potencia nominal. Para alcanzar estos elevados niveles de eficiencia, el equipo científico realizó ensayos con varios nanomateriales y capas ópticas funcionales, redefinió la cadena de proceso completa y se centró en la mejora del factor de llenado y la tensión en circuito abierto para aumentar la eficiencia final de la conversión energética en los módulos solares de silicio de película fina. Mediante la utilización de nuevos nanomateriales, por ejemplo el óxido de silicio nanocristalino, se influyó tanto en las propiedades ópticas como electrónicas de las distintas capas. La estructura sólida de este material multifásico se comporta con un grado de libertad superior al del silicio puro. También se examinaron las condiciones superficiales de las capas superior e inferior, mientras que las estructuras a escala nanométrica permitieron mejorar la trampa de luz y la texturización se consiguió con la nano-impresión en cristal y un nuevo equipo para el recubrimiento de conversión de química húmeda de las capas transparentes de óxido de zinc de conducción. Gracias a la estrecha cooperación entre los socios investigadores y del sector industrial, el proyecto FAST TRACK ha favorecido la mejora de la eficiencia de la conversión energética y la reducción de los costes de producción. Estos avances, situados en la primera línea de la tecnología de silicio de película fina, se han implantado a nivel de producción.

Palabras clave

Células solares, módulos solares de silicio de película fina, silicio cristalino, nano-impresión

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