Un grupo de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EE.UU. ha diseñado un minipanel solar monocristalino capaz de convertir la luz láser en electricidad.
«Esta tecnología es barata, ya que está basada en el silicio y utiliza los mismos procesos que se emplean para las células terrestres, como los dispositivos TOPCon, que dependen de contactos pasivantes de óxido de silicio», explicó a pv magazine el autor principal de la investigación, Paul Stradins. «El módulo está compuesto por minicélulas de contactos pasivados de poli-Si/SiO2. Estas minicélulas ofrecen una resistencia de contacto notablemente baja, idónea para el funcionamiento a alto sol».
En el artículo «High-voltage monocrystalline Si photovoltaic minimodules based on poly-Si/SiOx passivating contacts for high-power laser power conversion» (Minimódulos fotovoltaicos de Si monocristalino de alto voltaje basados en contactos pasivantes de poli-Si/SiOx para la conversión de energía láser de alta potencia), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells, los científicos explican que el panel puede utilizarse, por ejemplo, en aplicaciones como la transmisión inalámbrica de datos en entornos especiales o la transmisión de energía en implantes médicos, entre otras.
El minipanel multiunión está diseñado con contactos pasivados de óxido de silicio (poli-Si/SiOx) mediante una capa muy fina de SiOx de aproximadamente 1,5 nm. Estos contactos pasivados se utilizan para construir miniceldas que, según se informa, ofrecen una resistencia de contacto notablemente baja, adecuada para el funcionamiento a altas radiaciones solares. Las minicélulas se colocan «de canto» y se empaquetan en los módulos.
«Estas minicélulas pueden componerse en micromódulos simplemente apilándolas mecánicamente», explica Stradins. «Hemos utilizado 10 células, pero puede ser cualquier número. Así, los voltajes de estos micromódulos pueden ser altos, mientras que las corrientes se mantienen bajas».
En el módulo solar, el contacto directo del metal de una célula con la siguiente permite que la electricidad fluya libremente entre ellas, ya que la gran superficie de contacto limita la resistencia en serie. La luz penetra verticalmente por el borde estrecho del dispositivo y la corriente se recoge lateralmente a través de los contactos pasivadores de tipo p y n de gran superficie.
Según los investigadores, esta arquitectura permite recoger la corriente de la célula en toda la zona «lateral» de una minicélula, que es considerablemente mayor que la zona de entrada de luz. «Estas pilas de 10 o más minicélulas pueden ensamblarse en un módulo de conversión de rayos de potencia de cualquier tamaño», explica Stradins. «No hay limitación de tamaño, pueden ser metros si es necesario, con refrigeración, tabulación y electrónica de potencia en la parte trasera».
El grupo de investigación probó el módulo con una iluminación de unos 1000 nm y comprobó que su eficiencia de fotoconversión superaba el 40% y la tensión en circuito abierto superaba los 7 V. El factor de llenado era de alrededor del 78%. «A partir de los resultados actuales del dispositivo, se espera obtener una transferencia de potencia de 25 W para un módulo de 10 cm2 con una fuente láser de 12 kW a una distancia de 1 km», señalan los académicos.
Según Stradins, las minicélulas se fabrican sin necesidad de litografía costosa. «Utilizamos máscaras alineadas mecánicamente para todos los pasos de la deposición, que se fabrican fácilmente con un escáner láser», explicó. «Las minicélulas también se fabrican con el mismo proceso de rayado láser. Permanecen unidas a la oblea y se procesan como una oblea entera en todos los pasos, incluida la metalización final. Sólo entonces se separan y se ensamblan en un micromódulo. Todo esto puede automatizarse en una línea de producción».
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