Un nuevo ho o óptico desarrollado por investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL en sus siglas en inglés), con sede en Golden, Colorado (EE.UU.), calienta las obleas solares fijando luz sobre ellas, un proceso mucho más eficiente que consume aproximadamente la mitad de energía que un ho o convencional. Y lo que es más importante, el nuevo diseño también usa la luz para eliminar determinadas impurezas de las obleas de silicio, un paso que puede mejorar la producción de energía de las células terminadas.
El trabajo está en sus primeras fases. Hasta ahora los investigadores solo han conseguido mejorar la eficacia de las células fotoeléctricas resultantes en medio punto porcentual. Pero basándose en pruebas de laboratorio, creen que pueden mejorar la eficacia del 16 por ciento al 20 por ciento, cuatro puntos que representan una cifra muy importante en la industria de la energía solar, que celebra las mejoras de hasta medio punto de porcentaje.
Durante la fabricación de las células fotoeléctricas, se necesitan altas temperaturas en más de un paso del proceso. Los ho os se usan para introducir agentes dopantes en el silicio para crear campos eléctricos y contactos eléctricos dentro del material, y para oxidar las superficies con el objetivo de mejorar su eficacia. El nuevo ho o también permite un mayor control de algunos de estos procesos, lo que puede mejorar la eficiencia de las células solares.
El diseño de el NREL no es el único que usa la luz para procesar el silicio. Los ho os de procesamiento termal rápido empleados en la industria de la microelectrónica, también usan luz para calentar semiconductores. Pero estos nuevos ho os usan cerámicas muy reflectantes y resistentes al calor para asegurarse de que solo la oblea de silicio absorbe la luz y no las paredes dentro del ho o, ”lo que mejora la eficiencia muchísimo”, según Bhushan Sopori, el investigador encargado del proyecto de ho o en el NREL.
nAl diseñar con precisión la forma interior del ho o, los investigadores pueden controlar exactamente dónde se fija la luz, asegurándose de que las obleas se calientan uniformemente. No basta con que la oblea esté uniformemente iluminada, los bordes deben recibir más luz porque pierden calor más rápidamente que el resto de la oblea.
El proceso reduce el estrés termal sobre las obleas y permite un control preciso de las reacciones químicas que se producen con el calor. Un control exacto de las temperaturas y los tiempos de calentamiento también puede mejorar los contactos eléctricos en la célula fotoeléctrica, aumentando su eficacia. Y hace mucho más práctica la introducción de un paso para la oxidación. Por ahora solo unos pocos fabricantes someten las obleas a oxidación para la fabricación de células de alta gama, pero el nuevo proceso haría que este paso resultara más barato y por lo tanto un mayor número de fabricantes podría usarlo.
Sopori afirma que el NREL ha desarrollado procesos que aprovechan mejor los efectos fotónicos que los ho os de procesamiento termal rápido. Cuando los fotones interactúan con el silicio, pueden provocar que impurezas nocivas como el hierro salgan del material al mismo tiempo que mantienen otras positivas, como el boro, necesario para que las células fotoeléctricas funcionen adecuadamente.
Los investigadores aún no han logrado la mejora de un 4 por ciento en la eficacia debido en parte a que los nuevos pasos del proceso aún no son compatibles con otros ya existentes en la fabricación convencional. Sopori afirma que están trabajando para modificar los demás pasos con el objetivo de sacar el máximo provecho del ho o óptico.
El NREL también trabaja con Advanced Optical Systems para desarrollar una máquina capaz de procesar no solo una única oblea en cada tanda, como sucede con el modelo de laboratorio, sino hasta 2.000. Ese nivel de producción será necesario si los ho os han de competir con los ho os convencionales, cuyos costes de operación son muy bajos.