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Desarrollan celdas solares de silicio cristalino


Por Ricardo Capilla Vilchis

Ciudad de México. 24 de julio de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- El mundo se enfrenta a grandes retos ante el cambio climático, por lo que es necesario buscar modos de producir energía por vías ecológicamente amigables, como la energía solar.

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Actualmente, en laboratorios del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) se ha logrado desarrollar celdas solares de silicio cristalino con una eficiencia de 15.7 por ciento.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor en ciencias en electrónica Mario Moreno declaró que el proyecto, iniciado en el año 2012, surgió gracias a la iniciativa de un grupo de investigadores de realizar un proyecto para el desarrollo de tecnología nacional de celdas solares utilizando silicio cristalino.

¿Por qué usar silicio cristalino?

En palabras del doctor Moreno, “es de relativa alta eficiencia, la eficiencia récord de una celda solar de silicio cristalino puede llegar hasta 25 por ciento, además de que son muy durables si están bien construidas, llegando a tener un tiempo de vida de 25 años”.

1 celda2407Eficiencia de Celda Solar de Silicio Cristalino.

El INAOE cuenta con dos laboratorios que, complementando sus capacidades, se utilizan para desarrollar sensores nanoestructurados para detectar radiación, dispositivos semiconductores y celdas solares.

El primero es el Laboratorio de Microelectrónica, que tiene la capacidad de procesar obleas de silicio de dos pulgadas, además de fabricar dispositivos con dimensiones mínimas de 10 micrómetros.

El segundo es el Laboratorio de Innovación en Sistemas Micro-Electromecánicos (LI-MEMS), con una extensión de 800 metros cuadrados, en donde hay cuartos limpios de clase 100 y 1000, utilizado para procesar obleas de silicio de cuatro pulgadas y dispositivos con dimensiones mínimas de hasta ocho mil nanómetros.

1 silicio2407Además, con el apoyo a la investigación de Ciencia Básica SEP-Conacyt, fue posible la adquisición de un simulador solar tipo ABA de cuatro pulgadas y se equipó una estación destinada a la caracterización de celdas solares. Con este equipo se puede caracterizar el desempeño de las celdas, pues provee el mismo espectro de radiación que proviene del sol después de pasar por la atmósfera terrestre.

En los últimos cuatro años, el doctor Moreno y su equipo han obtenido resultados cada vez mejores en la eficiencia de las celdas solares. Las primeras celdas solares, desarrolladas en el verano de 2013, no superaban cuatro por ciento de eficiencia, mientras que para finales del año 2016 y gracias a que los procesos de fabricación se han optimizado, se han logrado alcanzar eficiencias superiores a 15 por ciento en celdas de un centímetro cuadrado.

El método que se utiliza en el INAOE se denomina Czochralski que, a pesar de estar lejos de alcanzar la eficiencia récord, presenta grandes ventajas, como un menor costo gracias a que su proceso de fabricación es mucho más simple, por lo cual es factible su implementación a nivel industrial.

Además, las obleas de silicio son sometidas a un proceso de texturizado, el cual forma en la superficie pirámides que reducen la reflexión y aumentan la absorción de la luz, que se traduce en una mayor eficiencia.

1 simulador2407“Ya logramos una eficiencia muy similar a la que tienen los paneles que se están comercializando en México, lo que sigue es aumentar el área, no es algo simple porque aparecen nuevos efectos que no se tienen en áreas pequeñas”, destacó el investigador.

Al aumentar el área de una celda a cinco o 10 centímetros de diámetro, se presentan efectos parásitos que afectan su desempeño, como por ejemplo el incremento de la resistencia en serie y la necesidad de un control más estricto para asegurar la uniformidad en toda el área del dispositivo.

El futuro de las celdas solares

“El futuro de las celdas solares a nivel mundial es prometedor bajo mi perspectiva, y es probablemente de las tecnologías que más desarrollo y uso tendrán en el futuro por sus ventajas”, señaló Mario Moreno. 

La gran ventaja que tienen las celdas solares es que en todo México —y en cualquier lugar del mundo en donde llegue la luz solar— es posible utilizar esta tecnología para generar electricidad sin la necesidad de tener presentes ciertas características como las que exige la energía eólica (corrientes de viento) o la geotérmica (géiseres).




 

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