Durante la semana pasada fueron varios los anuncios de nuevas tecnologías aplicadas a la energía solar fotovoltaica. Entre todas, cuatro en particular capturaron la atención de nuestra redacción.
La primera novedad viene de Estados Unidos, donde Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. ha desarrollado un proceso mejorado para la producción de células fotovoltaicas usando arseniuro de galio y otros compuestos en el grupo de elementos III-V. Estos materiales son conocidos por su extremadamente alto potencial de eficiencia, pero su alto costo de producción ha limitado su utilización a aplicaciones de nicho como los satélites y los vehículos aéreos no tripulados.
Ahora, los científicos de NREL dicen que han mejorado el proceso para la producción de células III-V, conocido como epitaxia en fase de vapor de hidruro (HVPE).
“HVPE no es nuevo”, dijo Aaron Ptak, científico sénior que se unió a NREL en 2001. “Ha existido desde los años 50 y 60. Con cariño nos referimos a ella como nuestra nueva técnica de crecimiento de 50 años “.
El proceso fue olvidado incluso entre los productores de nicho y la comunidad de I + D que trabajaba con células solares III-V. La clave de su proceso D-HVPE es el uso de un reactor de doble cámara para depositar diferentes capas, a través del cual informan que pudieron reducir los tiempos de producción de más de una hora a alrededor de dos minutos.
El equipo ha sido capaz de producir una celda GaAs con una eficiencia del 25,3 %. Sin embargo, el NREL reconoce que el proceso no reducirá los costos lo suficiente como para aumentar el atractivo comercial del material más allá de satélites, aplicaciones militares y otras aplicaciones de nicho en las que la eficiencia tiene prioridad con respecto al costo.
Kelsey Horowitz, parte del Grupo de Análisis Económico Tecnológico en el Centro de Análisis Energético Estratégico de NREL, sin embargo, pronostica que con ajustes y economías de escala, las células fabricadas con D-HVPE podrían generar electricidad entre $ 0,20 y $ 0,80 / W, y teoriza que existan mercados intermedios donde se pueden tolerar precios más altos.
Los investigadores también reconocen que llevar el proceso hacia la producción comercial sería otro paso extremadamente costoso. “Tenemos una tecnología de I + D que funciona muy, muy bien”, continúa Ptak. “Tenemos diseños para un reactor a escala piloto, pero no tenemos forma de ir de A a B. Llegar a ese paso requiere mucho capital”.
NREL también tiene un acuerdo con la empresa estadounidense Microlink Devices para la comercialización de otro concepto de celda ultraligera, que utiliza asimismo arseniuro de galio en su proceso de producción. La celda de triple unión desarrollada por Microlink ha logrado una eficiencia del 37,75 % y una densidad de potencia de más de 3000 W / kg, y se ha utilizado para alimentar el Zephyr S HALE, un vehículo aéreo no tripulado de gran altitud con alimentación solar, capaz de llevar a cabo funciones similares a un satélite.
La segunda novedad fue anunciada por Universidad de Exeter, en el Reino Unido, que una técnica que puede “canalizar” una carga generada en una célula solar hacia un área donde se puede extraer como electricidad. El equipo de Exeter dice que este descubrimiento podría conducir a la creación de células solares con más del triple de la eficiencia de las tecnologías actuales, prediciendo eficiencias de conversión de más del 60 %.
En el artículo”Strain-engineered inverse charge-funnelling in layered semiconductors”, publicado en la revista Nature Communications, los investigadores describen el trabajo con el disulfuro de hafnio semiconductor atómicamente fino (HfS2), que se oxida utilizando una técnica de láser.
Al probar este material, el equipo observó el efecto de canalización de carga y señaló su potencial para el uso en conceptos de células solares de alta eficiencia. “Futuros estudios de los efectos de la ingeniería de bandgap en la vida útil de la recombinación de portadores podrían dilucidar los mecanismos físicos detrás de esta mejora y pueden arrojar luz sobre el papel de los portadores calientes en tales dispositivos filtrados para aplicaciones fotovoltaicas”, afirma el documento. “En particular, el embudo de carga podría permitir que los portadores excitados por encima del bandgap se extraigan antes de que su exceso de energía cinética se pierda por enfriamiento, permitiendo que las células solares confíen en este fenómeno para superar el límite de Shockley-Queisser y llevar su eficiencia por encima del 60 %”.
“La idea es similar a verter un líquido en un recipiente, ya que todos sabemos que es mucho más eficiente si utilizamos un embudo”, dice el autor principal Adolfo De Sanctis, explicando la analogía. “Sin embargo, tales embudos de carga no se pueden realizar con semiconductores convencionales y solo el descubrimiento reciente de materiales atómicamente delgados ha permitido este descubrimiento”.
La tercera tecnología seleccionada por nuestra redacción es la de la eléctrica portuguese EDP, que es también uno de los proveedores de energía más grandes de Brasil, y que decidió adoptar una nueva tecnología Blockchain, desarrollada por la empresa austriaca Riddle&Code, para medir lo que los propietarios de sistemas fotovoltaicos de generación distribuida en Brasil autoconsumen o inyectan a la red bajo medición neta.
La tecnología consiste en etiquetas criptográficas no removibles que se aplican a los medidores domésticos tradicionales y son capaces de medir el consumo de cada usuario y facilitar los cálculos para las facturas y los impuestos. Esto, de acuerdo con Riddle & Code, proporcionaría la precisión, transparencia y trazabilidad de todos los datos, sin la necesidad de instalar un medidor inteligente.
“La implementación de esta solución innovadora hizo posible transformar un proceso complejo en algo simple, efectivo y seguro para las partes involucradas, fomentando el uso de energía distribuida en Brasil”, dijo la gerente de innovación ejecutiva de EDP, Lívia Brando.
La legislación de generación distribuida de Brasil está abierta a proyectos fotovoltaicos de hasta 5 MW, pero solo las instalaciones que no excedan 1 MW de tamaño tienen derecho a vender el exceso de energía a las distribuidoras locales bajo medición neta. En América Latina, otras dos entidades anunciaron recientemente planes para utilizar la tecnología Blockchain con respecto a la energía solar.
En México, la plataforma digital Global Grid, creada por la empresa mexicana Luz Blockchain SAPI de CV y su filial estadounidense Global Grid North America LLC, dijo en mayo que quiere ayudar a los desarrolladores de grandes proyectos fotovoltaicos en México a recaudar capital haciendo una pre -gota de derechos sobre la energía generada generada mediante contratos inteligentes y un sistema de “tokens” basado en un protocolo de tecnología blockchain.
A principios de febrero, la Comisión Nacional de Energía de Chile anunció que comenzaría a utilizar la tecnología Blockchain a partir de marzo, a través de la plataforma Energía Abierta, para certificar la calidad y la certeza de los datos abiertos del sector energético nacional.
En otro proyecto de investigación, unos ientíficos alemanes han desarrollado una técnica basada en fotoluminiscencia de alta precisión para observar una célula solar de perovskita y detectar dónde el material emite luz en respuesta a una fuente de luz láser. Con esta técnica, los científicos pudieron determinar qué áreas y defectos causaron las mayores pérdidas de eficiencia en las células planas de perovskita de tipo pin con las que trabajaron.
Los resultados del estudio “Visualization and suppression of interfacial recombination for high efficiency large-area pin perovskite solar cells”, publicado en la revista Nature Energy, muestran que la interfaz entre el absorbente de perovskita y las capas de transporte de carga fue responsable de un significativo porcentaje de pérdidas.
“Este método de medición en nuestro laboratorio es tan preciso que podemos determinar el número exacto de fotones que se han emitido”, explica Thomas Unold, subdirector del Departamento de Materiales de Estructura y Dinámica de la Energía de HZB. “Pudimos calcular las pérdidas en cada punto de la celda y determinar así que los defectos más dañinos se encuentran en las interfaces entre la capa de absorción de perovskita y las capas de transporte de carga”.
Gracias a esta nueva información, el equipo pudo desarrollar células de perovskita de 1 cm² con una eficiencia certificada del 19,83 %, una potencia de salida estabilizada, un alto VOC (1,17 V) y un factor de relleno record (> 81 %). Esto se logró mediante la inserción de capas ultradelgadas entre los dos, lo que condujo a una reducción sustancial de pérdidas tanto en los contactos “p” y como en los “n”.
Los investigadores también afirman que este método les permitió producir células con eficiencias superiores al 20 %, y que los métodos de fabricación modificados podrían proporcionar otra solución al problema observado.
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