Siguen bajando los costos de fabricación de las células solares III-V

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El arseniuro de galio (GaAs) y otros materiales III-V, nombrados según los grupos a los que pertenecenen en la tabla periódica, se encuentran entre los más conocidos en términos de potencial de eficiencia para las células solares. Pero el costo hasta ahora los ha limitado a aplicaciones que alimentan satélites y drones.

El año pasado, unos científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de los Estados Unidos comenzaron a trabajar con un proceso llamado epitaxia de fase de vapor de hidruro dinámico (D-HVPE), que muchos en la comunidad de I + D solar consideran obsoleto e ineficiente, y descubrieron que podría reducir en gran medida el tiempo de producción de células, reduciendo significativamente los costos. Según Kelsey Horowitz, del Centro de Análisis Estratégico de Energía de NREL, con más optimizaciones para el proceso y economías de escala, el costo de producción de las células solares III-V podría actualmente caer a entre $ 0.20 y $0.80 / W.

El NREL ahora ha publicado los detalles de la primera de esas optimizaciones. En un artículo publicado en Nature Communications, los científicos informan una tasa de crecimiento mejorada para una capa base de alrededor de 23 segundos, en comparación con más de ocho minutos en el proceso anterior. “Si podemos reducir los costos, eso abriría una gran cantidad de mercados donde estos dispositivos serían útiles”, dijo el científico senior de NREL, Aaron Ptak. “En cualquier lugar que necesite de un dispositivo de alta eficiencia que sea delgado, liviano y flexible, como por ejemplo estuches de carga electrónica, vehículos eléctricos, sistemas fotovoltaicos integrados en edificios, techos, drones”.

Más del 29% de eficiencia

El proceso D-HVPE ya ha producido células con un 25% de eficiencia. El equipo de NREL espera alcanzar el 27% utilizando su diseño y dice que las eficiencias más altas ya logradas a tasas de crecimiento mucho más lentas no deberían estar fuera de alcance. “Fundamentalmente, no vemos ninguna razón por la que no podamos alcanzar las eficiencias de MOVPE de más del 29%”, dijo el coautor del documento Kevin Schulte, refiriéndose al proceso de epitaxia en fase de vapor orgánico metálico. “Hay algunos obstáculos técnicos que debemos eliminar para llegar allí, pero estamos trabajando en ellos”.

El equipo usó D-HVPE para cultivar capas de GaAs a una velocidad de hasta 320 micrómetros por hora, y 206 micrómetros por hora para el fosfuro de indio-galio, utilizado como una capa pasivante en las células de GaAs y como una capa absorbente de luz. Los investigadores de NREL también dijeron que el proceso elimina muchos de los costosos materiales requeridos en la producción de MOVPE.

“Lo que prometemos es la misma eficiencia del dispositivo, la misma calidad de material, pero a un costo muy reducido”, agregó Ptak. “Las altas tasas de crecimiento que conducen a un alto rendimiento son una de las formas en que vamos a llegar a reducir los costos”.