Dentro del mercado fotovoltaico solar, incluso las mejoras más pequeñas de eficiencia pueden tener un impacto significativo en el fabricante, razón por la que las capas antirreflectantes tienen tanta importancia. Estas finas capas, que hacen que las células solares parezcan azules, maximizan la cantidad de luz solar absorbida y reducen los defectos de superficie causantes de tipos de rendimiento más bajos.
Sin embargo, el método de baño de capa más popular—la deposición por vapor de una película de nitruro de silicio utilizando gas silano—lleva consigo una serie de riesgos. El silano puede empezar a arder al ser expuesto al aire; cuesta mucho transportar el gas, y los fabricantes de células de silicio deben invertir en un tipo de almacenamiento y ventilación especial, así como otras medidas de seguridad para prevenir accidentes.
“El potencial de daño es enorme,” señala Ajeet Rohatgi, director del Centro de Investigación Fotovoltaica del Instituto de Tecnología de Georgia. Las células bañadas de esta forma también se ven afectadas por un fenómeno llamado degradación inducida por luz, que ocurre una vez después de entre 24 y 48 horas de exposición a la luz solar. “En una célula con un 18 por ciento de eficiencia, se ve una caída [casi inmediata] a valores de entre 17,7 y 17,5 por ciento, y es una pérdida que se mantiene durante toda la vida de la célula,” señala.
Rohatgi y su equipo de investigadores en Georgia Tech han pasado los últimos 18 meses trabajando con Sixtron Advanced Materials, con sede en Montreal, en un proceso libre de silano para la aplicación de películas antirreflectantes a las células solares. Durante su trabajo descubrieron que el baño—un material de nitruro de carburo de silicio bajo el nombre comercial de Silexium—también reduce al degradación inducida por la luz en hasta un 88 por ciento.
Las obleas de silicio cristalino, que normalmente se dopan con boro, también contienen oxígeno. Cuando la luz del sol alcanza una nueva célula por primera vez, hace que el boro y el oxígeno se combinen, lo que resulta en entre un 3 y un 5 por ciento de degradación en la eficiencia de la célula. Los investigadores descubrieron que al añadir una película de Silexium, parte del carbono del baño termina difuminándose en la mayor parte de la oblea de silicio. Creen que el carbono compite con el boro para formar un vínculo con el oxígeno. Debido a que existe menos oxígeno con el que el boro pueda vincularse, la degradación inducida por la luz puede evitarse en gran medida.
nAbasifreke Ebong, director asistente del Centro de Investigación Fotovoltaica de Georgia Tech, afirma que para confirmar que esto ocurre, el siguiente paso consiste en estudiar el contenido de oxígeno de las obleas solares después de haber sido extraídas de la cadera. Si el oxígeno es más bajo, la teoría se mantiene. “Esos son los datos que estamos esperando obtener,” señala.
Según Mike Davies, vicepresidente senior y director de investigación y desarrollo en Sixtron, cada 0,1 por ciento de eficiencia neta restado a la degradación inducida por la luz resulta, de media, en 600.000 de aumento de margen de beneficios para cada línea de producción de células de 60 megavatios.
El sistema de Sixtron elimina el riesgo proveniente del gas de silano, ya que se basa en un material de polímero de creación propia y que contiene silicio y carbono. Mediante el uso de calor y presión, el sólido se convierte en un gas silano metílico menos peligrosos durante el proceso de bañado de la célula.
Joshua Pearce, profesor de materiales avanzados en la Universidad Queen’s en Kingston, Ontario, afirma que Sixtron podría estar exagerando los riesgos del uso del silano en una planta de células fotovoltaicas. “Exiten procedimientos de seguridad estándar que hacen que el trabajo dentro de una factoría fotovoltaica sea muy seguro,” señala. Aún así, añade que “cualquier cosa que haga descender el coste de los productos fotovoltaicos, incluso en una cantidad pequeña, es una gran contribución.”
Sixtron afirma que ya está trabajando con los tres principales proveedores de equipamiento de manufactura de células fotovoltaicas en Alemania, y ha recibido interés por parte de otras empresas. La compañía tiene planes para alquilar el sistema a un coste similar al de la utilización de los sistemas basados en silano. Es muy importante recordar que se evita la necesidad de usar otras estrategias de reducción de la degradación inducida por la luz, basándose en métodos de manufactura alte ativos o en el uso de obleas de mayor coste dopadas con galio.