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México: Celdas fotovoltaicas con tecnología PERC

Celdas fotovoltaicas con tecnología PERC

Años atrás, la Energía Solar Fotovoltaica era considerada como una curiosidad de laboratorio con pocos usos. No obstante, a partir de la crisis del petróleo en el año de 1973, esta pasó de ser una curiosidad, a formar parte de los pilares de la nueva industria respetuosa con el medio ambiente y de carácter universal. De todas las fuentes renovables, la energía solar es la única que puede ser aprovechada en todo el planeta, independientemente del clima o la geografía, sin detrimento al ambiente y teóricamente con la capacidad de satisfacer las necesidades energéticas de la población mundial.

Podemos decir que la transformación fotovoltaica es una técnica joven que ha dejado de ser ignorada y que cuenta con frecuentes innovaciones tecnológicas. En ese sentido resulta interesante colocar dos opciones en la balanza:

  • Apegarse a la tecnología tradicional que se encuentra en un grado de madurez avanzado [Celdas Fotovoltaicas de Silicio cristalino en su modalidad Monocristalina y Policristalina].
  • Adentrarse en el sendero de las Películas Delgadas y Celdas con Tecnologías Emergentes [Celdas Multi-Unión y Celdas con Tecnología PERC].

Desde un punto de vista personal, inclinarse por la segunda opción es el camino más prometedor. En este punto podemos notar que las Películas Delgadas tienen bajos costos de producción, pero aún son altamente susceptibles a los fenómenos de degradación. Por esa razón, parece más atractivo enfocarse en las dos vertientes de las tecnologías emergentes: Las Celdas Multi-Unión y las Celdas con Tecnología PERC. 

Las Celdas Multi-Unión pueden sorprender a muchos dentro de la comunidad par, al reportar eficiencias de hasta el 49% empleando materiales como el Cobre, Indio, Galio, Selenio, Arsénico y Fósforo. Aquí los costos de producción siguen siendo elevados, derivados de los complejos procesos de manufactura; razones por las cuales se emplean en la industria aeroespacial. 

Tomando como un enfoque el futuro a corto plazo, podríamos centrar nuestra atención en las Celdas Fotovoltaicas con Tecnología PERC. 

¿Qué es la Tecnología PERC y cuál es su principio de funcionamiento?

Contrario a lo que se cree, la tecnología PERC es una rama de la energía solar fotovoltaica que ha sido estudiada desde los años 80´s. Es decir, el termino PERC no es un término nuevo y se escuchó por primera vez en palabras del científico australiano Martin Green de la Universidad de New South Wales de Sydney. Él trabajó en este concepto desde el año 1983 y no fue hasta el año de 1989 cuando reveló los detalles en uno de sus artículos científicos, acompañado de un nuevo récord mundial en la eficiencia de una celda [22.8%]. En su momento los costos de fabricación eran elevados por lo que no trascendió de forma inmediata. Hoy en día, hablar de la tecnología Passivated Emitter and Rear Cell, es una realidad comercial. 

La tecnología PERC toma como un punto de partida una celda fotovoltaica convencional [Al-BSF] en la que existen contactos superiores e inferiores, un material semiconductor y una capa de Aluminio. El principio de funcionamiento y escenario ideal es el siguiente: 

La luz solar [fotones] incide sobre el material semiconductor, específicamente en la banda de valencia del material, provocando una energía de excitación en los electrones que les permite viajar a una banda de conducción y posteriormente transmitirse en forma de energía eléctrica. 

Existen dos escenarios no deseados: 

  1. La luz solar que incide sobre el material semiconductor sea reflejada hacia el exterior.  
  2. La luz solar que incide sobre el material semiconductor sufra un fenómeno de transmisión [atraviese el semiconductor] e impacte a la última capa de la celda fotovoltaica, terminando su camino.  

En ambos casos, la consecuencia es la NO generación de energía eléctrica. 

Lo que busca la tecnología PERC es minimizar las pérdidas por fenómenos ópticos y eléctricos del segundo escenario no deseado, al adicionar una capa de un material con características de pasivación que permite optimizar el aprovechamiento del recurso solar generando una segunda oportunidad para que la luz solar, que sufrió un fenómeno de transmisión, pueda interactuar nuevamente con un material semiconductor y generar energía eléctrica. 

Retos de la tecnología PERC

Para obtener una celda fotovoltaica con tecnología PERC se requiere añadir dos pasos al proceso de manufactura de una celda convencional. El primero es hacer un depósito de una película delgada con características de pasivación [Por ejemplo, el Nitruro de Silicio] que permita un proceso de recombinación superficial y emplear metodologías de corte ultrafino para canalizar una capa local de aluminio [Por ejemplo, Óxido de Aluminio] 

Con el panorama general de las Celdas Fotovoltaicas con Tecnología PERC, llegan a la mente algunos retos en sus líneas de investigación, cómo minimizar los efectos por la luz inducida, seleccionar y estimar el tiempo de vida útil de sus materiales trabajando en una misma atmósfera, costos de fabricación, mejoras en la eficiencia, combinaciones con media o tercio de celda y el más importantela búsqueda de nuevo talento humano que permita llevar a cabo innovaciones tecnológicas que se reflejen en productos novedosos, con aplicación industrial y capacidad inventiva. 

Por Tadeus Gallosa López

07.05.2020 09:46
por your Krannich Team

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