Hoy día, la mayoría de las células solares se fabrican con un proceso que convierte casi la mitad de la materia prima, el silicio cristalino altamente refinado y procesado, en serrín. Un nuevo proceso desarrollado por la start-up Astrowatt tiene como objetivo eliminar la mayor parte de estos residuos y hacer que las células solares sean más eficientes.

La fabricación convencional de componentes solares consiste en cortar un bloque de silicio cristalino en obleas de 180 micrómetros de espesor. A medida que la sierra corta el silicio, se convierte casi la misma cantidad de silicio (una capa de 100 a 150 micrómetros) en serrín que por lo general no puede ser reutilizado.

Con el proceso convencional, un milímetro de silicio puede producir alrededor de 3 obleas de células solares. Astrowatt asegura poder crear 5 o más obleas a partir de la misma cantidad de material, fundamentalmente mediante la sustitución de la sierra por una técnica que permite pelar capas delgadas a partir de una espesa oblea de silicio.

Astrowatt es una de las varias empresas con el objetivo de reducir sustancialmente la cantidad de silicio necesario para fabricar células solares. Aunque el precio del silicio se ha reducido en los últimos años, sigue siendo el artículo más caro en la fabricación de paneles.

El proceso de Astrowatt comienza con el corte de un bloque de silicio en obleas relativamente gruesas, cada una de cerca de un milímetro de espesor. A continuación, la compañía modifica la parte superior de cada oblea de manera que pueda actuar como parte trasera de una célula solar. Este proceso termina con el depósito de una capa de metal sobre la oblea.

A continuación, la oblea se calienta, causando tensión en el material puesto que el metal y el silicio se expanden a ritmos diferentes. Al aplicar una cuña en el borde del silicio tensionado se crea una grieta que se propaga desde un extremo al otro, permitiendo a los ingenieros finalmente retirar la película metálica junto a una fina capa de silicio de 25 micrómetros. La estructura cristalina del silicio permite que la grieta se propague de forma homogénea en toda la oblea. La flexibilidad del silicio hace que no se rompa a medida que es pelado.

La película resultante de metal-silicio es más tarde procesada para formar la parte frontal de una célula solar. Todo el proceso se repite, pelando capas sucesivas de 25 micras a partir de la oblea original. Una vez terminado el proceso, lo que queda es una oblea que sigue siendo relativamente gruesa, con un espesor que puede ir desde los 180 micrómetros a unos pocos centenares. Se puede utilizar para crear una célula solar convencional, o puede ser reciclada metiéndola de nuevo en el horno productor de bloques de silicio. (A diferencia del serrín, la oblea se mantiene a una calidad suficientemente alta como para ser reciclada).

Otras compañías han creado finas obleas de silicio utilizando tanto nuevas técnicas de aserrado como otros métodos. Sin embargo, los otros enfoques tienden a producir obleas frágiles y no se pueden utilizar con el equipo existente de fabricación de células. Rajesh Rao, director de tecnología de la compañía, señala que el refuerzo de metal de las células de Astrowatt las hace más duraderas.

La empresa ha hecho una demostración de la tecnología en el laboratorio, creando obleas de 8 pulgadas de ancho y pequeñas células solares con casi un 15 por ciento de eficiencia. Esa cifra resulta un poco menos eficiente que la de las células solares de silicio cristalino convencionales, aunque los investigadores aún no han aplicado todos los métodos conocidos para aumentar la eficiencia de las células. De hecho, las células teóricamente podrían alcanzar un grado de eficiencia mayor que el de las células solares de silicio convencionales puesto que son más finas, lo que facilita que los electrones salgan de la célula para generar electricidad.

El siguiente paso es demostrar el proceso en equipamiento a escala comercial. Casi todos los pasos se pueden ejecutar en máquinas ya existentes en las fábricas de células solares.

Hasta el momento, Astrowatt ha recaudado una cantidad no revelada en una primera ronda de inversión de capital riesgo, junto a 1,5 millones de dólares (1,14 millones de euros) de la iniciativa Sunshot del Departamento de Energía de EE.UU., cuyo objetivo es hacer que la energía solar sea competitiva con la electricidad de los combustibles fósiles.

El enfoque tiene algunas desventajas. Las películas de metal-silicio se curvan un poco, lo que las hace en cierto modo difíciles de manejar en una cadena de producción convencional. Además, a diferencia de algunos otros métodos, este no elimina completamente la necesidad de crear un bloque de silicio cristalino y usar una sierra, a pesar de que reduce enormemente la cantidad de aserrado necesario.

Otros enfoques, como por ejemplo el que está siendo desarrollado por la start-up 1366 Technologies, tienen como objetivo eliminar por completo estos pasos, lo que podría reducir aún más los costes de fabricación. Esa tecnología, sin embargo, tiene sus propios retos, incluyendo el logro de altos niveles de rendimiento y la producción de silicio de alta calidad.