Células Fotovoltaicas Micrométricas, un ‘Avance Tecnológico’ para la Miniaturización de Dispositivos

En una era en la que las soluciones de energía sostenible son más cruciales que nunca, la evolución de la tecnología fotovoltaica (solar) se sitúa a la vanguardia de la innovación.  Un ejemplo reciente proviene de la Universidad de Ottawa (U of O), donde un equipo de científicos ha logrado “alcanzar un hito mundial al fabricar las primeras células fotovoltaicas micrométricas de contacto trasero”.  Esto se describe como un “paso crucial” para facilitar la continua miniaturización de la electrónica.

El equipo responsable de este avance fue liderado por,

• Mathieu de Lafontaine, investigador postdoctoral en U of O y profesor de física a tiempo parcial
• Karin Hinzer, vicedecana de investigación y Catedrática de Investigación Universitaria en Dispositivos Fotónicos para la Energía en la Facultad de Ingeniería

Aunque la U of O fue central en este avance, el equipo también contó con el apoyo de la Université de Sherbrooke en Quebec y el Laboratoire des Technologies de la Microélectronique en Grenoble, Francia.

¿Qué son las Células Fotovoltaicas?

Las células fotovoltaicas, comúnmente conocidas como células solares, son dispositivos que convierten la luz solar directamente en electricidad.  Funcionan bajo el principio del efecto fotovoltaico, donde la energía lumínica (fotones) que incide sobre materiales semiconductores como el silicio induce una corriente eléctrica.  Este proceso ocurre cuando los fotones desalojan electrones de sus órbitas atómicas, creando un flujo de carga eléctrica.

Estas células son los bloques de construcción fundamentales de los paneles solares y son críticas para aprovechar la energía solar, una fuente de energía renovable y limpia.  El reciente avance de la U of O en el desarrollo de células fotovoltaicas micrométricas representa un salto significativo en esta tecnología, ofreciendo soluciones más eficientes y compactas.

¿Qué son las ‘Células Fotovoltaicas Micrométricas de Contacto Trasero’?

Como se mencionó, las células fotovoltaicas micrométricas de contacto trasero representan un avance revolucionario en la tecnología solar.  A diferencia de las células solares tradicionales, donde los contactos eléctricos se encuentran en las superficies frontal y posterior, las células de contacto trasero tienen todos sus contactos eléctricos en la cara posterior.

Este diseño único reduce significativamente el efecto de sombreado causado por los electrodos en la superficie de la célula, mejorando así la capacidad de la célula para capturar la luz solar.

¿Qué es el efecto de ‘Sombreado’?

El efecto de ‘sombreado’ en las células solares se refiere a la obstrucción de la luz solar causada por la presencia de contactos eléctricos en la superficie de la célula.  Las células fotovoltaicas tradicionales tienen contactos metálicos (generalmente de plata o aluminio) en la superficie superior que recogen y transportan la corriente eléctrica generada por la célula.

Sin embargo, estos contactos pueden bloquear una parte de la luz solar entrante, impidiendo que llegue al material fotovoltaico subyacente.  Esta obstrucción reduce la cantidad de luz disponible para la conversión en electricidad, disminuyendo así la eficiencia global de la célula solar.

Fuente: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325

Reducir este efecto de sombreado es crucial por varias razones:

1. Mayor eficiencia: Al minimizar el área cubierta por los contactos, una mayor parte de la superficie de la célula puede participar activamente en la absorción de luz y su conversión en electricidad.  Esto mejora la eficiencia global de la célula, permitiéndole generar más energía con la misma cantidad de luz solar.
2. Rentabilidad: Una mayor eficiencia significa que la misma cantidad de energía puede producirse con menos células.  Como resultado, el costo total de los sistemas de energía solar puede reducirse, haciendo que la energía solar sea más competitiva con otras formas de energía, aumentando así su accesibilidad a un mayor número de usuarios.
3. Versatilidad y flexibilidad de diseño: Reducir el sombreado permite diseños de células solares más innovadores y flexibles.  Puede conducir al desarrollo de células que no solo son más eficientes, sino también más delgadas y ligeras, lo que puede ser particularmente beneficioso para aplicaciones que requieren consideraciones de espacio y peso, como en la aeroespacial, dispositivos portátiles y soluciones integradas en edificios.

Reducir el efecto de sombreado es clave para avanzar la tecnología solar, lo cual ahora se está abordando con estas células fotovoltaicas micrométricas de contacto trasero.  Como resultado, pronto podemos esperar células solares más eficientes, rentables y versátiles que, en última instancia, contribuirán a una adopción más amplia de la energía solar como fuente de energía sostenible.

¿Por qué es importante la miniaturización?

Más allá de reducir el efecto de sombreado en las células fotovoltaicas tradicionales, el contacto trasero permite una miniaturización mucho mejorada.  Esto es crucial en el campo de la electrónica y las tecnologías de energía renovable porque permite un uso más eficiente del espacio y los recursos, al tiempo que mejora el rendimiento.

La miniaturización o aspecto ‘micrométrico’ de estas células las hace tan delgadas como aproximadamente el doble del grosor de un cabello humano.  Como resultado, estas células fotovoltaicas más pequeñas y eficientes desarrolladas por la U of O también pueden reducir significativamente los costos de producción (presuntamente hasta una disminución de tres veces).

“Este avance tecnológico promete beneficios significativos para la sociedad. Células solares menos costosas y más potentes ayudarán a acelerar la transición energética.”

“Las baterías nucleares ligeras facilitarán la exploración espacial, y la miniaturización de dispositivos contribuirá al crecimiento del internet de las cosas y conducirá a computadoras y teléfonos inteligentes más potentes” – Mathieu de Lafontaine

Curiosamente, esta miniaturización no se trata solo de hacer los dispositivos más pequeños; se trata de hacerlos más inteligentes y más adaptables a diversos entornos.  En el contexto de un mundo cada vez más conectado, donde el Internet de las Cosas (IoT) y las tecnologías inteligentes se vuelven omnipresentes, las células fotovoltaicas miniaturizadas pueden alimentar una variedad de dispositivos sin las limitaciones de las fuentes de energía tradicionales.

De este modo, este avance puede facilitar un enfoque más verde y sostenible para la generación y el consumo de energía, contribuyendo directamente al cambio hacia una economía neutra en carbono.

¿Dónde se utilizan?

Las células fotovoltaicas tienen una amplia gama de aplicaciones que están creciendo constantemente con avances como la fabricación de contacto trasero.  Esta versatilidad y atractivo se deben en gran parte a su capacidad de generar electricidad de manera limpia y renovable.

Más allá de la generación de energía convencional, son esenciales en sistemas de energía remotos y portátiles, como los utilizados en la exploración espacial, donde alimentan satélites y naves espaciales.

Con la miniaturización de estas células, sus aplicaciones se extienden a dispositivos electrónicos más densos, potencialmente transformando industrias como las telecomunicaciones y el Internet de las Cosas (IoT).  Como se mencionó anteriormente, la miniaturización puede conducir a soluciones solares más eficientes, compactas y versátiles, ampliando el alcance de donde se puede aplicar la tecnología fotovoltaica.

Actores de la Industria

En la actualidad, existen algunas empresas destacadas que facilitan el crecimiento dentro del sector de energía sostenible y mantienen un enfoque en aplicaciones solares.  A continuación se presentan algunas de ellas, junto con varias adiciones notables.

1.  NextEra Energy Resources

NEE Gráfico de precios

NextEra Energy (NEE ) Resources, una subsidiaria de NextEra Energy, está logrando avances significativos en el sector de energía solar.  En el primer trimestre de 2023, la empresa añadió aproximadamente 2,020 MW de activos renovables y de almacenamiento a su cartera, lo que incluyó aproximadamente 1,3 GW de solar, junto con activos de almacenamiento y eólicos.  Esta adición elevó su cartera de proyectos a más de 20,4 GW, demostrando un fuerte compromiso con la expansión de su portafolio de energía renovable.

Un proyecto notable es el proyecto solar Sebree de 400 MW en el condado de Henderson, Kentucky, que está siendo desarrollado por Sebree Solar, una subsidiaria de NextEra Energy Resources.

Además, NextEra Energy Resources también está involucrada en otro proyecto solar de 200 MW a través de Green River Solar, otra de sus subsidiarias.  Estas iniciativas reflejan el compromiso de NextEra Energy Resources con el avance de la energía solar como un actor clave en el mercado de energía renovable.

2.  First Solar

FSLR Gráfico de precios

First Solar (FSLR ), una destacada empresa estadounidense especializada en módulos solares de película delgada de teluro de cadmio, ha mostrado avances significativos en iniciativas solares a partir de 2023.  Con 801 millones de dólares en ingresos y el envío de 2,7 GW de pedidos de módulos solares en un solo trimestre, la compañía está demostrando un fuerte crecimiento y un énfasis en la tecnología solar.  Para satisfacer la creciente demanda, First Solar está ampliando su capacidad de fabricación tanto en EE. UU. como internacionalmente, con el objetivo de alcanzar una capacidad global de 25 GW para 2026.

Es notable que First Solar ha sido pionera en la producción de módulos de película delgada bifaciales, una primicia en la industria.  Esta tecnología innovadora permite una ganancia de energía bifacial y mayores rendimientos energéticos, marcando un avance significativo en la eficiencia de los módulos solares.

3.  SolarEdge Technologies

SEDG Gráfico de precios

SolarEdge Technologies (SEDG ) es ampliamente considerada como líder en tecnología de energía inteligente.  Esta empresa realizó avances significativos en el sector de energía solar en 2023, alcanzando ingresos récord de 943,9 millones de dólares, de los cuales 908,5 millones provienen específicamente de su segmento solar.  Este logro es indicativo de la sólida presencia de SolarEdge en la industria solar.  Solo en el primer trimestre de 2023, SolarEdge envió 3,6 Gigavatios (CA) de inversores y 221 MWh de baterías, subrayando su considerable contribución al mercado de energía solar​

Menciones Notables

Reflexiones Finales

Los avances en la tecnología de células fotovoltaicas, particularmente a través del desarrollo de células micrométricas de contacto trasero, representan un posible salto cuántico en la energía solar.  Esta innovación no solo mejora la eficiencia y reduce el costo de la energía solar, sino que también abre nuevos horizontes para su aplicación en diversos sectores.  La reducción del efecto de sombreado y el enfoque en la miniaturización son fundamentales para impulsar la energía solar al frente de las fuentes de energía renovable.

Al adoptar estos avances tecnológicos, nos acercamos a un futuro donde la energía sostenible y limpia, difundida, no es solo una posibilidad sino una realidad.