Misma degradación y eficiencia similar al convencional: avanza la fábrica de silicio UMG de grado fotovoltaico en Puertollano

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Científicos en España afirman haber demostrado que las células solares fabricadas con silicio de grado metalúrgico mejorado (UMG-Si), un tipo de silicio de grado solar producido mediante procesos metalúrgicos, muestran la misma tasa de degradación que el polisilicio de grado solar convencional.

En el grupo de investigación participa Eduardo Forniés, director de tecnología de Aurinka PV Group que junto con FerroGlobe conforman FerroSolar R&D, empresa propietaria de la tecnología que se ha instalado en la planta de Ferrosolar OpCo (propiedad de Ferroglobe) que se está construyendo en Puertollano para la fabricación de silicio UMG de grado fotovoltaico.

El año pasado, pv magazine habló de que ya se fabrican en España obleas más baratas que las de Asia, con la misma calidad y una huella de carbono considerablemente inferior. Ahora se está finalizando la primera planta comercial, cuya capacidad de producción será de 3.000 toneladas al año. El proyecto nació como una doble joint-venture entre Ferroglobe y Aurinka PV Group que ha dado lugar a FerroSolar OpCo, tenedora de los activos; y FerroSolar R&D; propietaria de la tecnología a explotar. La financiación para el desarrollo de la planta viene de Ferroglobe.

 

Planta de purificación de silicio de Aurinka en Puertollano. Foto: Aurinka

 

«Las obras están terminando, pero van despacio», ha dicho a pv magazine Eduardo Forniés. El UMG se desatinará a la fabricación de células solares, y se empleará a unas 160 personas, según nos han confirmado desde Aurinka.

En 2019, el grupo de investigación había logrado una eficiencia del 20,76% para una célula solar multicristalina fabricada al 100% con silicio UMG. El resultado se obtuvo en una prueba de producción en serie usando una línea de producción convencional.

Dos años después, investigadores de Aurinka, IES (Instituto de Energía Solar), Ferroglobe y CIEMAT han profundizado en su investigación sobre este tipo de silicio (UMG) y su influencia en las células solares resultando en el artículo “UMG silicon for solar PV: From defects detection to PV module degradation”, publicado en Solar Energy, en el que llegó a la conclusión de que este tipo de silicio no solo ha demostrado ser apropiado para aplicaciones fotovoltaicas, sino que también ha mostrado la misma tasa de degradación que el polisilicio convencional.

Misma degradación, similar eficiencia y un tercio de huella de carbono

La vida útil de las células y el potencial de degradación se evaluaron utilizando dos tipos diferentes de obleas: un producto fabricado con el silicio UMG estándar de Ferrosolar; y una oblea producida con el mismo proceso, pero deliberadamente con material de silicio más contaminado. «El propósito de fabricar obleas contaminadas, principalmente con metales, es dar un rango de rendimiento de las células solares en función de la concentración de metales y dopantes en la materia prima de silicio», señala el documento. «Este sería el punto de partida para obtener una correlación empírica entre la eficiencia de la célula solar y la concentración de contaminantes».

Para estudiar la concentración de dopantes y metales se utilizó el análisis químico. A la hora de evaluar la presencia de contaminantes y la vida útil de ambas obleas, el grupo recurrió a la injection-dependent lifetime spectroscopy (IDLS), que consiste en medir los tiempos de vida en función de la inyección de portadores de carga. A continuación, los materiales se enviaron a una línea de producción para fabricar células solares de superficie posterior de aluminio (Al-BSF, Back Surface Field).

TÜV Rheinland certificó el proceso, y 14 de los módulos fabricados con las obleas en las que se ha usado el proceso patentado de purificación de silicio de Aurinka en una planta piloto y de experimentación de I+D que la Universidad Pública de Navarra tiene en Tudela.

El análisis demostró que los módulos solares construidos con células basadas en el silicio UMG presentan la misma tasa de degradación que los módulos fabricados con polisilicio convencional. «Mientras que la pérdida de eficiencia debida al uso de UMG se había determinado y cuantificado claramente en los estudios anteriores mencionados, la degradación no se había determinado hasta ahora», explicaron los científicos. Los módulos se sometieron a pruebas durante 24 meses de exposición al sol a una relación de rendimiento de 25 grados centígrados.

 

 

Procedimiento propio y patentado

El proceso de producción del silicio UMG provoca apenas un tercio de emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el polisilicio convencional. «La particularidad de este proceso es que la purificación del silicio se realiza por la vía metalúrgica, un proceso con un coste energético mucho menor que el polisilicio, y por tanto con una menor huella de carbono”, afirma el grupo español.

Aurinka, junto con el Instituto de Energía Solar (IES) y el Nanophotonics Technology Center (NTC) de Valencia, sigue trabajando en el silicio UMG y en la investigación de técnicas de nanotexturización y de nuevas tecnologías de células solares capaces de conseguir la más alta eficiencia, todo ello dentro del proyecto europeo Solar Era Net.

 

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