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Tecnologías Limpias

¿Acaso los científicos descifraron el código solar?

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Sun 1Los científicos de todo el mundo han estado tratando de llevar a cabo un proceso súper eficiente de grado espacial para crear células solares rociadas y hacerlo económicamente factible, en la Tierra. 
 
Todos decían que era imposible. 
 
Hasta ahora. 
 
Hay dos cosas que han evitado que la energía solar explote en el mercado: eficiencia y costo. Nunca los dos han podido encontrarse. 
 
Los científicos lograron lo último en eficiencia de células solares con un proceso empleado en el espacio llamado MOVPE. Pero era demasiado costoso traducirlo a algo práctico en el planeta de origen. 
 
Ahora, los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) dicen que han descifrado el código con un nuevo proceso de células solares cultivadas con D-HVPE. 
 
Si bien ambos procesos implican más o menos la pulverización de vapores químicos sobre un sustrato, MOVPE siempre tuvo la ventaja de la eficiencia; pero los materiales utilizados hicieron que el proceso en sí fuera difícilmente factible desde el punto de vista de los costos. 
 
En pocas palabras, la ventaja de MOVPE fue su capacidad para producir los materiales correctos que contienen aluminio que sustentan la eficiencia de la célula solar. La versión de HVPE abandonada anteriormente no podía hacer crecer estos materiales. Ahora pueden hacerlo con D-HVPE.
 
D-HVPE ahora ha logrado la paridad de eficiencia con MOVPE, que puede sonar redundante a primera vista, pero lo más importante es esto: se hizo a un costo que podría afectar a toda la industria. 
 
Eficiencia: el Santo Grial de la energía solar
 
La eficiencia es el Santo Grial de la energía solar porque es lo que le impide derrotar al mercado energético. 
 
Con menos del 20% en promedio (15% -18%, para ser precisos), la eficiencia de las células solares es mucho menor que la de las centrales eléctricas de gas, que tienen niveles de eficiencia entre 42% y 60%. La eficiencia máxima alcanzada para las células solares es solo del 23%, un pobre desempeño para la fuente de energía ambientalmente superior.
 
En un mundo ideal, una mayor eficiencia significa menores costos, pero solo cuando no cuesta producir una cantidad masiva de dinero en primer lugar, combinando cualquier ganancia que la eficiencia podría haber logrado en los costos de energía del juego final. 
 
Una mayor eficiencia también resuelve otros problemas bastante grandes, incluida la cantidad de espacio que absorben los paneles solares a escala de servicios públicos. Y el espacio es, después de todo, el más finito de los recursos finitos. Los paneles solares más eficientes reducirán la cantidad de paneles necesarios para generar la misma cantidad de energía.
 
D-HVPE parece estar en camino de resolver todos estos problemas, a la vez. 
 
'Imposible' es una noción fugaz en estos días
 
Esta no es la primera vez que se utilizan los procesos de células espaciales. 
 
La NASA los usó para su rover de Marte en 2013. Con un 27%, su eficiencia era incluso mayor que la máxima para las baterías de grado comercial. Esto se debió a que las celdas espaciales estaban hechas de varios materiales semiconductores. Eran lo que los expertos llaman células solares de unión múltiple .
 
Las células solares de unión múltiple tienen el potencial de ser inmensamente más eficientes que las células de unión simple porque sus diversas capas pueden absorber múltiples longitudes de onda de luz. Esto permite que las células conviertan más en electricidad. Dependiendo del número de capas (o uniones), las tasas de eficiencia pueden variar de aproximadamente 45 por ciento a más de 70 por ciento. Esta es una tasa de eficiencia que impresionaría incluso al escéptico de las energías renovables más duro.
 
Sin embargo, la mayor eficiencia de las celdas espaciales tuvo un gran inconveniente: un costo astronómico.  
 
Este método dominante, se llama epitaxia de fase de vapor orgánico metálico, o MOVPE. 
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Así es como un científico del equipo de célula solar del NREL explica que: "Usted esencialmente dosis químicos pre-ingeniería sobre una oblea caliente, y van a depositar como capas de película delgada con el mismo enrejado de espaciamiento como la oblea.”
 
"MOVPE puede desarrollar estructuras muy complicadas, o dispositivos como las células solares, pero es costoso y lento", agregó David Young, científico senior y experto en células solares de silicio, en un comunicado de prensa de 2018.
 
Entonces, ¿qué han logrado realmente los científicos de NREL?
 
Afirman haber revolucionado básicamente el proceso de cultivo de material de alta eficiencia y grado espacial (también utilizado en baterías de grado espacial), a precios que son ... sencillos. 
 
En otras palabras, lograron cultivar un nuevo material para células solares utilizando un método que se considera obsoleto y un método que es mucho más barato que el que se usa más ampliamente en la actualidad. 
 
El método de desafío que los investigadores de NREL usaron para su avance se llama epitaxia de fase de vapor de hidruro dinámico, o D-HVPE. 
 
El método original de HVPE también fue lento y menos preciso en la estratificación de materiales semiconductores que MOVPE, por lo que cayó en desgracia. Pero con su versión dinámica, los científicos de NREL lograron acortar los tiempos y aumentar la precisión para depositar productos químicos en la oblea para hacer una célula solar.
 
$ 100 / vatio frente a $ 1 / vatio
 
Tal como está, las células solares de alta eficiencia costaron alrededor de $ 100 por vatio de energía en 2018 debido al costoso proceso de su producción. Esto se compara con aproximadamente $ 1 por vatio para celdas comerciales comunes. 
 
A un costo 100 veces mayor, claramente ha habido un gran incentivo para volver a visitar un proceso de eficiencia basado en el espacio que anteriormente se había vuelto imposible. 
 
¿Eso significa que sabemos cuánto costará D-HVPE por vatio de energía? No. Es demasiado pronto para eso, pero los científicos de NREL nos aseguran que aquí es donde la tecnología solar comienza a tener sentido.
 
"El proceso HVPE es un proceso más barato", dijo Ptak, un científico senior en el Centro Nacional de Fotovoltaica de NREL. "Ahora hemos mostrado un camino hacia la misma eficiencia que es igual que los otros muchachos, pero con una técnica más barata. Antes, éramos algo menos eficientes pero más baratos. Ahora existe la posibilidad de ser exactamente igual de eficiente y más barato".
 
Por Irina Slav para Oilichelin
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