Al final de uno de los veranos más calurosos de la historia, a medida que las luchas sobre cómo alimentar a los hogares se enfurecen, la energía solar renovable continúa presentando una opción que no agrega significativamente gases de efecto invernadero al medio ambiente a cambio de iluminar y enfriar nuestros hogares.Y se le ha dado otra ventaja a través de la ciencia de los materiales.
En un nuevo estudio publicado en Energías , los investigadores han encontrado una manera de reducir los costos de producción de las células solares en más del 10 por ciento.
"Mejorar el costo por unidad de potencia a nivel de celda puede tener efectos masivos aguas abajo", dice Joshua Pearce, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería eléctrica en Michigan Tech. Ya, dice, los costos de la energía solar son comparables a las formas convencionales de electricidady es la fuente de energía de más rápido crecimiento. Esta caída del 10 por ciento debería impulsar la energía solar a la vanguardia aún más rápido.
Cambiar el silicio utilizado en las células solares para reducir los costos de energía renovable
El silicio es el material estándar de captura de luz utilizado en las células solares fotovoltaicas PV. Viene en dos formas principales: cristales perfectos que cuestan más y producen eficiencias más altas y silicio multicristalino que cuesta menos, pero ofrece eficiencias más bajas. Con grabado comúnpara reducir la luz reflejada, ambos tipos aún pierden algo de luz, que es lo que le da a la mayoría de los paneles solares su color azul.
Los investigadores ya sabían que el silicio de nano texturizado con grabado en seco produce silicio negro black-Si que es más eficiente para capturar la luz que los tratamientos de grabado estándar. No tiene color porque el proceso de grabado en seco toma una superficie de silicio normalmente plana y "lo graba en un bosque de agujas a nanoescala ", dice Pearce." Esas agujas agarran la luz y no la dejan escapar. Es como mirar a los ojos de Darth Vader ".
Normalmente, un área de superficie tan alta con muchos defectos superficiales dañaría el rendimiento eléctrico, pero los investigadores de la Universidad de Aalto descubrieron que cuando el silicio también se trata con un recubrimiento de depósito de capa atómica ALD apropiado, se mitigan los efectos de los defectos de la superficie.
El pensamiento típico ha sido que el costo de las células de Si-negro por grabado en seco y ALD es demasiado costoso para uso práctico, especialmente en una industria donde, dice Pearce, "los márgenes son extremadamente ajustados. Todos intentan reducir los costos lo más bajo posible"
Sin embargo, los resultados de su estudio conmocionaron incluso a Pearce. Si bien los investigadores descubrieron que la producción de células traseras de emisor pasivo de Black-Si individuales PERC era entre 15.8 y 25.1 por ciento más costosa que la fabricación de células convencionales, también encontraron que la eficiencialas ganancias y la capacidad de ir al material de partida de silicio multicristalino menos costoso superaron con creces esos costos adicionales: en general, el costo por unidad de potencia se redujo en un 10.8 por ciento.
El futuro de las energías renovables y la producción de energía solar a través de la ciencia de los materiales
El negro no solo es mejor que el azul cuando se trata de paneles solares. Las mejoras podrían comenzar a vencer al principal competidor de energías renovables en el ámbito del cambio climático.
"Para las personas que piensan que la tecnología del carbón va a poder competir con la energía solar, deben saber que los costos de la energía solar todavía están bajando. La mayoría de las compañías de carbón ya están o están en bancarrota ahora", dice Pearce. "No hay manerael carbón podrá competir con la energía solar en el futuro "
Agrega: "Este estudio señala hacia dónde irá el futuro en la fabricación de PV y qué países podrían querer hacer para obtener una ventaja competitiva".
Trabajando en equipo a través del Atlántico para la eficiencia de la energía solar
Pearce completó este estudio mientras estaba sabático como presidente distinguido Fulbright en la Universidad de Aalto en Finlandia. Trabajó con el Grupo de Física de Electrones de Hele Savin y tuvo acceso a sus datos sobre estos procesos. Los investigadores también pudieron obtener información sobre los costos de fabricación decompañías, que no son públicas, pero se les permitió usar para este estudio, junto con la literatura publicada sobre células solares.
Si bien el precio spot de las células solares puede cambiar día a día, o incluso por hora, los resultados aún se mantienen. "Esa es una disminución del 10 por ciento entre los tipos de células de cualquier número ese día", dice. Esto se debe a quelas comparaciones se hicieron en costos relativos, no en costos absolutos. Por eso también no se incluyeron aranceles fluctuantes arbitrariamente en los cálculos.
Qué sigue para energía solar y energías renovables
Pearce dice que si bien el proceso de producción todavía se puede optimizar para obtener algunos puntos porcentuales más de eficiencia, el siguiente paso para este estudio es ser utilizado por los responsables políticos para acelerar la fabricación de PV. Para un país como China, que yadomina la fabricación fotovoltaica global ", hacer que este cambio relativamente pequeño sea bastante trivial". La Unión Europea, que actualmente fabrica gran parte del equipo de fabricación, también debería "considerar cuidadosamente la ampliación de herramientas de grabado de iones reactivos profundos y ALD para satisfacer las necesidadesdel mercado fotovoltaico en rápida expansión ". Espera que países como los EE. UU., que solían dominar el campo solar, utilizarán estos datos a nivel de política para saltar a los fabricantes internacionales de ranas e invertir en la producción de nuevas máquinas para fabricar este tipo de máquinas.células solares.
"No sé qué tecnología terminará siendo la que domine el campo solar", dijo, sin embargo, "el estudio muestra el claro impulso económico para avanzar en la dirección del PERC de silicio negro grabado en seco que no erat allí antes "
Este estudio se realizó con Chiara Modanese, Hannu Laine, Toni Pasanen y Hele Savin de la Universidad de Aalto en Finlandia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Michigan . Original escrito por Jen Miller. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :