Nuevas células solares de silicio monocristalino flexible

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Un equipo de tecnólogos multinacionales ha logrado avances notables en el desarrollo de células solares de silicio monocristalino flexibles.

Oblea plegada a, imágenes SEM de una oblea c-Si texturizada. Las pirámides afiladas en el área del borde se eliminaron de manera eficiente con una solución ácida. b, Las curvas de carga-desplazamiento vertical (F-D) de obleas de c-Si texturizadas de 140 μm con las regiones de los bordes en una solución de 10 % en volumen de HF y 90 % en volumen de HNO3 durante 0, 15 y 30 s se despuntaron. c: obleas de c-Si estructuradas (60 μm) con pirámides en la superficie. Su radio de curvatura (Rb) en el momento de la fractura se representa en función del tiempo de despuntado en una solución al 10 % en volumen de HF y al 90 % en volumen de HNO3. A modo de comparación, se muestran los valores Rb de obleas de c-Si de 60 μm texturadas y casi planas. También calculamos el Rb teórico de una oblea de c-Si de 60 μm como Rb = Ed/2σ, donde E, d y σ son el módulo de Young, el grosor de la oblea y la resistencia a la tracción, respectivamente. Se insertó una oblea texturizada de 60 μm de 15,6 cm x 15,6 cm con la región del borde roma en la solución ácida durante 90 s. Crédito de la foto: Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05921-z

Las células solares se han utilizado para generar electricidad en numerosas aplicaciones de energía limpia durante más de cincuenta años. Sin embargo, la mayoría de estas celdas eran planas e inflexibles, lo que limitaba su campo de aplicación. La comunidad científica, los desarrolladores de aplicaciones y los usuarios finales han esperado durante mucho tiempo la introducción de paneles solares flexibles que compitan con sus equivalentes rígidos en términos de eficiencia y durabilidad.

Un equipo multinacional de tecnólogos, compuesto por investigadores de varias instituciones en China, Alemania y Arabia Saudita, ha logrado un gran avance en el desarrollo de células solares de silicio monocristalino flexible.

El equipo comenzó sus esfuerzos ejecutando simulaciones para examinar la viabilidad de diferentes ideas. Durante este proceso, desarrollaron dos métodos diferentes para mejorar los materiales semiconductores utilizados en la fabricación de paneles solares. El primer enfoque involucró un proceso químico húmedo, mientras que el segundo enfoque utilizó una técnica basada en plasma seco.

En las pruebas del mundo real, el equipo demostró con éxito que las dos técnicas se pueden utilizar para crear paneles delgados y flexibles. Sin embargo, ambos métodos padecían el problema común de una reflectividad excesiva. El análisis microscópico reveló que durante el procesamiento se formaron grietas microscópicas entre las protuberancias piramidales en la superficie del panel. Luego, el equipo encontró una solución al idear un método para suavizar las protuberancias y los canales que se formaban a lo largo de los bordes, donde a menudo se producían grietas. Las pruebas posteriores encontraron que aún aparecían grietas, pero la placa permaneció intacta sin romperse, lo que permitió que la celda se flexionara y siguiera funcionando.

Los dispositivos de celdas flexibles mostraron una eficiencia y durabilidad comparables a las de sus contrapartes rígidas. Además, el equipo de investigación descubrió que las células pueden fabricarse fácilmente a gran escala. Además, debido a su peso significativamente menor en comparación con las células solares convencionales, abrieron muchas nuevas posibilidades de aplicación.

Referencia :

Wenzhu Liu et al., Células solares flexibles basadas en obleas de silicio plegables con bordes romos, Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05921-z

Células solares flexibles de silicio cristalino, Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01357-7

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