Alta Devices rompe el récord de células solares

Una startup que ha estado trabajando en modo sigiloso durante varios años dice que ha logrado una eficiencia récord de células solares del 28,2 por ciento, acercándose al máximo teórico del 33,5 por ciento. La marca es aproximadamente 2 puntos porcentuales más alta que un récord establecido el año pasado, un avance importante en una industria que típicamente mide las mejoras en décimas de porcentaje. Alta Devices, fundada en 2007 y con sede en Santa Clara, California, dice que sus técnicas innovadoras se prestan a la fabricación a gran escala.

Mejorar la eficiencia es esencial para que la energía solar sea competitiva con los combustibles fósiles. El aumento de la potencia de salida de las células solares individuales reduce la cantidad de células necesarias por instalación y también reduce el costo de cosas como la instalación, el cableado y la electrónica para conectar los paneles a la red.

Los investigadores de Alta Devices trabajaron con arseniuro de galio para mejorar las propiedades inherentes que lo convierten en un material de célula solar casi ideal, dice Harry Atwater, profesor de física aplicada en Caltech y cofundador de la compañía. Cuando una célula solar absorbe la luz solar, parte de la energía de la luz solar genera electrones que se extraen rápidamente de la célula para producir electricidad. Si los electrones no se extraen lo suficientemente rápido, se descomponen y liberan su energía en forma de calor o luz. La pérdida de energía en forma de calor reduce tanto el voltaje como la cantidad de corriente que puede producir la celda, lo que reduce la potencia de salida. Pero si, en cambio, el electrón produce luz, la célula solar puede reabsorber la luz para generar otro electrón, lo que brinda otra oportunidad para que la energía de la luz solar se convierta en electricidad.



En el arseniuro de galio, casi todos los electrones producen luz en lugar de calor. En los ejemplos de la más alta calidad del material, el ciclo de producción y reabsorción de luz puede ocurrir 100 veces por fotón entrante, lo que brinda una alta probabilidad de que un electrón producido finalmente se extraiga para generar electricidad. Para lograr su eficiencia récord de células solares, los investigadores de Alta Devices desarrollaron tratamientos químicos para las grietas en el material, que de otra manera tienden a atrapar electrones y hacer que liberen su energía en forma de calor. También trabajaron para mejorar una superficie en la parte posterior de la celda para garantizar que los fotones generados se reflejen de nuevo en el material, aumentando así la probabilidad de que generen electricidad.

Significativamente, los investigadores pudieron lograr una alta eficiencia con técnicas que, según Atwater, podrían usarse en la fabricación económica. Las células solares de arseniuro de galio han sido caras de producir porque están hechas de obleas de semiconductor de muy alta calidad, similares a las que se usan en los chips de computadora. Para reducir costos, Alta Devices está utilizando una técnica llamada despegue epitaxial, una de cuyas primeras versiones fue iniciada por el cofundador de Alta Devices. Eli Yablonovitch en la década de 1980. En la versión actual de la técnica, la oblea se utiliza como plantilla para hacer crecer capas muy delgadas de material cristalino para formar una célula solar. Luego, estas capas se liberan de la oblea con un grabado químico y se levantan, lo que permite que la oblea se vuelva a utilizar.

Atwater dice que la compañía está trabajando para mejorar el despegue epitaxial y desarrollar mejores formas de hacer crecer las capas cristalinas de la oblea. El método actual, llamado deposición química de vapor, es demasiado lento para fabricar células solares baratas.

Las celdas de alta eficiencia que ha producido Alta Devices son dispositivos pequeños y únicos. Los módulos solares más grandes de la empresa tienen menor eficiencia, alrededor del 21 por ciento. Normalmente, a medida que las empresas cambian a la producción de alto rendimiento, las eficiencias disminuyen en varios puntos. Alta Devices también debe demostrar que las celdas de alta eficiencia durarán décadas cuando se expongan a los elementos sin una degradación significativa de su rendimiento.

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