Elementos fotovoltaicos más delgados y económicos
La mayoría de los dispositivos disponibles hoy día están fabricados a partir de celdas solares basadas en costosas obleas de silicio monocristalino (Si). Las celdas a base de láminas delgadas de Si reducen los costes, pero su eficiencia es igual o inferior a la media. Nuevas tecnologías actualmente en desarrollo serán mucho más eficientes, pero con menores costes, con el fin de fomentar la incorporación generalizada en el mercado. El objetivo del proyecto PHOTONVOLTAICS (Nanophotonics for ultra-thin crystalline silicon photovoltaics) fue permitir el desarrollo de una nueva tecnología de celdas solares. Incluye la nanotexturización, que se espera que potencie las propiedades ópticas más allá de los límites actuales. Se valoraron distintas tecnologías litográficas, como la nanoimpresión, la litografía coloidal con máscaras de nanoesferas coloidales y la litografía por interferencia de láser, en cuanto a su capacidad para integrar nanopatrones especiales con sistemas fotovoltaicos de silicio cristalino (c-Si) Con ellas se necesitaban cantidades apreciablemente menores de Si, lo cual reduce los costes, y las técnicas litográficas se seleccionaron por sus posibilidades de lograr costes reducidos. Dado que se trata de un proyecto sobre tecnologías emergentes futuras de alto riesgo, el equipo de PHOTONVOLTAICS se marcó objetivos muy ambiciosos. Los científicos del proyecto se propusieron demostrar que el grabado a nanoescala es una opción mejor que la texturización aleatoria estándar y permite una absorción de luz que rebasa los límites aceptados. A la vez, los investigadores pretendían mejorar la intensidad en cortocircuito con la mayor mejora que se haya obtenido jamás con tecnología de c-Si y grosores de menos de 40 μm. Esto obligaba a ir más allá de una simple mejora de la absorción de la luz mediante tecnología c-Si. Es necesario convertir la luz en una corriente que suministre energía a las células fotovoltaicas sin dañar sus propiedades eléctricas. El proyecto ha dado lugar al desarrollo de un conjunto de potentes herramientas para modelizar celdas solares realistas con una gama de patrones muy variada. También estableció directrices para integrar de forma eficiente las texturas nanofotónicas en celdas solares a base de láminas delgadas de c-Si. Esta técnica se demostró mediante el desarrollo de celdas ultradelgadas con densidades de corriente en cortocircuito muy aumentadas y sin menoscabo de sus propiedades eléctricas. Esto dio como resultado más del doble de la eficiencia de conversión energética inicial. Además, los investigadores abordaron las propiedades ópticas y eléctricas de distintos patrones nanométricos obtenidos según las tres técnicas distintas de litografía. Los resultados permitieron a los científicos identificar las condiciones más prometedoras para la integración de las celdas. Los resultados de PHOTONVOLTAICS permitirán a la Unión Europea convertirse en un líder global en tecnologías innovadoras tanto para la energía como para las superficies grabadas de bajo coste en general.
Palabras clave
Fotovoltaico, celda solar, atrapamiento de la luz, silicio, lámina delgada, PHOTONVOLTAICS, litografía
