¿Alguna vez las células solares de película delgada superarán al silicio cristalino?

“¿La gente piensa que la tecnología del silicio cristalino allanó el camino para los dinosaurios?”, es una pregunta formulada por el cofundador de SunPower, el Dr. Dick Swanson se dirigió a la audiencia en la 40.ª Conferencia Anual de Especialistas en Fotovoltaica (PVSC) a principios de este año. Desde que las células de silicio cristalino se produjeron por primera vez en masa a principios de este siglo, el costo se ha reducido significativamente. Ahora también hay una avalancha de fondos para la investigación de nuevos materiales de película delgada y células solares de tercera generación.

dr. Zhao Jianhua, de la UNSW, ha establecido sistemáticamente nuevos récords de eficiencia para células de silicio cristalino durante 15 años consecutivos, pero ¿podría la tecnología alcanzar su punto máximo pronto? Hay gente que tiene esas dudas, pero yo estaba convencido de que al final de PVSC 2024, el mundo miraría la energía fotovoltaica de silicio cristalino con nuevos ojos.

Si bien la metáfora del dinosaurio es descabellada, las células de silicio cristalino son en realidad la tecnología fotovoltaica más antigua jamás puesta en práctica. Hace 60 años, el 25 de abril de 1954, Bell Labs anunció el primer producto práctico de celda solar, la batería solar Bell, basada en silicio cristalino. Por su papel en la realización de este invento, el Comité Organizador de PVSC otorgó el Premio a la Contribución Distinguida al Dr. Morton Prince, agradeciéndole como “un verdadero pionero en la industria fotovoltaica” que ha demostrado una increíble dedicación y entusiasmo por la causa de la investigación fotovoltaica.

Morton Prince recibe el Premio a la Contribución Especial en el PVSC 2024

Aunque la eficiencia de las células solares de silicio ha mejorado constantemente en los 60 años transcurridos desde la invención de la batería solar Bell, a menudo se ha cuestionado el uso de silicio cristalino, un material relativamente caro de fabricar. A medida que las tecnologías fotovoltaicas de película delgada ganan terreno, existe un debate generalizado sobre cuándo la eficiencia de las tecnologías fotovoltaicas de película delgada superaría a la del silicio cristalino. Pero si bien las células de película delgada tienen sus innegables ventajas, ahora parece claro que no reemplazarán al silicio cristalino en el corto plazo.

Según la Tabla de eficiencia de la tecnología fotovoltaica del Laboratorio Nacional de Energía de los Estados Unidos (NREL) (a continuación), la mayoría de las tecnologías fotovoltaicas han batido consistentemente sus propios récords durante la última década; Además del silicio cristalino, estas tecnologías incluyen silicio de película delgada (silicio amorfo), CIGS, CdTe, GaAs, tecnología multicelular y sensibilizada por colorantes y, más recientemente, materiales de perovskita. Pero la eficiencia de las células cristalinas sirve de manera confiable como un punto de referencia de la industria que todos estos competidores pretenden superar. Las células de silicio cristalino han mantenido una ventaja gracias a los nuevos métodos de producción y características de diseño de las células que se han transferido del laboratorio a la línea de producción.

Por supuesto, se están realizando investigaciones sobre la eficiencia del silicio cristalino. SunPower, cuya tecnología es descendiente directa de su sucesor IBC, anunció su última celda con una eficiencia del 25% con silicio CZ tipo n de 145 μm de espesor en su línea de producción SunPower Maxeon Gen III. Esta eficiencia fue confirmada por terceros de Fraunhofer ISE al probar una superficie receptora de luz de 121 cm2.

Sharp, que tiene experiencia en la producción de células IBC y células de silicio de película delgada, pudo batir su récord combinando estas dos para crear una célula de heterounión HBC de contacto posterior y lograr un 25,1%, según confirmó el laboratorio japonés JET.

Sin embargo, Panasonic superó ambos, presentando su nuevo récord de eficiencia en la última sesión de la conferencia del martes, ante una sala de conferencias repleta de gente que había venido a ver su nueva tecnología. La celda HIT de Panasonic se combina con una fase IBC que utiliza silicio CZ tipo n de 150 μm de espesor para lograr una eficiencia del 25,6 % en un área receptora de luz de 143,7 cm2. Esa eficiencia ha mejorado en un enorme 0,9% desde 2024, cuando las células HIT de la compañía tenían una eficiencia del 24,7%. Esto también marca el decimoquinto año de mejoras silenciosas en la eficiencia de las células solares de silicio monocristalino: un aumento del 0,6% con respecto al año anterior. La medición de la eficiencia fue realizada por un laboratorio externo, AIST, en Japón.

La nueva tabla de eficiencia de NREL. Las líneas azules muestran los últimos resultados sobre silicio cristalino de SunPower y Panasonic.

Aunque estos logros técnicos (IBC, HIT y combinación de HIT e IBC) aún se encuentran en la etapa de laboratorio, todavía representan un punto de referencia alcanzable para la industria, similar a la orientación que ofrece la celda PERL para la industria. No se puede ignorar la importancia de estos hitos en términos de dónde encajan en la hoja de ruta de la tecnología de células de silicio cristalino. Un intercambio con intoPV.com y varias empresas manufactureras el año pasado estuvo lleno de discusiones sobre opciones de tecnología de próxima generación: ¿Prevalecería IBC o HIT? La introducción de una de estas tecnologías conducirá a eficiencias significativamente mayores en comparación con las estructuras celulares convencionales. Y hasta ahora, los fabricantes sólo han podido lograr una producción en masa únicamente con HIT o IBC. Sin embargo, ahora parece que IBC y HIT pueden no ser del todo incompatibles. Además, las desventajas del HIT, como la absorción del TCO frontal y la capa de pasivación, podrían eliminarse en gran medida combinando la estructura del IBC. ¿Se unirán ambos y la tecnología del silicio cristalino será la solución definitiva para todo? Sólo el tiempo puede decirlo.

Finalmente, vale la pena señalar que SunPower y Panasonic han expresado su confianza en que la eficiencia de sus células aumentará al 26 por ciento, y ese número coincide con el Dr. Swanson en 2005. Parece que la eficiencia de la competencia entre empresas también continuará.