Un paso adelante en la eficiencia de las células solares
La tecnología fotovoltaica, que permite generar electricidad a partir de la luz del sol, se hace cada vez más competitiva a medida que se abarata la fabricación de los módulos de silicio cristalino. Esta situación está promoviendo la aparición de una nueva generación de dispositivos fotovoltaicos de eficiencia ultra alta como los diseñados en el marco del proyecto HERCULES. Por eficiencia de la célula solar se entiende la proporción de luz solar disponible que se puede transformar en electricidad a través del fenómeno fotovoltaico. «Más eficiencia significa más vatios generados, lo cual reduce en definitiva el coste de cada módulo», afirma Delfina Muñoz, del Departamento de Tecnologías Solares de la Comisión de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA) de Francia, miembro coordinador de este proyecto. «Además —añade—, permite que una misma capacidad generadora ocupe menos espacio, lo cual disminuye también los costes de producción asociados». Mediante el proyecto HERCULES, participado por quince miembros procedentes de Francia, Alemania, Suiza, España, Noruega, Países Bajos y Hungría, y coordinado por el CEA y el INES (el Instituto Solar Nacional de Francia), se logró superar las dificultades técnicas que entraña aumentar el rendimiento de las células solares actuales. «El límite teórico de la eficiencia de las células solares es de aproximadamente un 29 % —explica Muñoz—. Incluso alcanzar un 25 % representa una tarea difícil que supone optimizar y ajustar casi a la perfección todos los parámetros que afectan a la eficiencia». La labor del proyecto HERCULES se orientó a aumentar esta eficiencia utilizando un diseño nuevo que permitirá fabricar dispositivos fotovoltaicos de manera sencilla, eficiente y rentable. Las células solares actuales funcionan con una eficiencia de entre el 18 y el 20 %. Su enfoque consistió en desarrollar estructuras innovadoras para los dispositivos a partir de una forma monocristalina del silicio (silicio monocristalino tipo N, o c-Si), pero integrando en dicho diseño tanto tecnologías de contacto de heterounión bifacial (SHJ) como de contacto interdigitado trasero (IBC). En una célula solar SHJ se combinan capas de silicio monocristalino con capas de silicio amorfo para formar una estructura que reduce a un mínimo las pérdidas energéticas. La tecnología IBC permite el paso de una corriente más elevada al añadir contactos en el reverso de la célula. De esta manera se elimina el efecto de sombra provocado por la existencia de otros materiales en la superficie del dispositivo. La sombra es una de las causas principales de las pérdidas en los sistemas fotovoltaicos, capaz de reducir de manera desproporcionada la producción de la superficie entera del dispositivo. Durante los tres años que duró este proyecto, concluido en noviembre del año 2016, el consorcio HERCULES logró desarrollar satisfactoriamente células solares SHJ de gran superficie, que alcanzaron eficiencias de casi un 23 % en el laboratorio. Meyer Burger, de Suiza, y el INES de Francia, ambos miembros del proyecto, desarrollaron líneas piloto capaces de fabricar dos mil cuatrocientas obleas cada hora. También alcanzaron el nivel de madurez industrial al aumentar la escala de producción y superar un volumen de cien mil células SHJ dotadas de eficiencias superiores al 22 %. El consorcio fabricó asimismo una célula IBC con una eficiencia por encima del 24 %, de la que produjeron mil doscientas unidades a escala industrial. Además, diseñaron dispositivos combinados de alta eficiencia (IBC-SHJ), con valores de más del 22,5 %; también se diseñaron sistemas nuevos pensados para conectar con mayor eficacia las células solares a los paneles. «Mantener los costes bajos es una de las claves del éxito. Hemos demostrado un coste total de propiedad inferior a 0,4 dólares por vatio en ambas tecnologías, IBC y SHJ, a potencia máxima, es decir, operando con radiación solar plena», indica Muñoz. «Esta medida determina los costes directos e indirectos de propiedad y los costes de nuestros dispositivos de eficiencia ultra alta ya son comparables a los de los paneles solares actuales».
Palabras clave
HERCULES, energía fotovoltaica de eficiencia ultra alta, energía solar, células solares de contacto trasero, contacto de heterounión bifacial (SHJ) y contacto trasero interdigitado (IBC)
