Investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) en Estados Unidos han elaborado una hoja de ruta para fomentar la comercialización de las células solares en tándem, en particular aquellas que combinan diferentes tecnologías fotovoltaicas.
El documento, denominado ‘Una hoja de ruta para la energía fotovoltaica en tándem’, señala que las células solares multiunión III-V de alta eficiencia han estado disponibles durante décadas, pero a pequeña escala y principalmente para aplicaciones espaciales. Según los investigadores, tanto los principales fabricantes como las empresas emergentes están desarrollando nuevos tipos de módulos fotovoltaicos híbridos en tándem que utilizan tecnologías fotovoltaicas más escalables, pero no existen datos de ninguno que esté produciendo y comercializando en masa.
En este contexto, la hoja de ruta elaborada por los expertos del NREL busca estimular a investigadores y fabricantes a colaborar con el objetivo de lograr avances más rápidos hacia la producción en masa de células solares en tándem.
Los expertos señalaron tres avances que se deben realizar para impulsar la comercialización de las células solares en tándem: aumentar la eficiencia de las células solares a niveles récord y trasladar esos datos de eficiencia a la fabricación de paneles solares en masa; identificar y abordar problemas de confiabilidad y durabilidad; y elaborar el diseño de módulos fotovoltaicos y sistemas fotovoltaicos híbridos en tándem para acelerar su despliegue.
Hibridación de tecnologías en células solares en tándem
La hoja de ruta se centra en células solares en tándem que combinan dos o más tecnologías fotovoltaicas diferentes para proporcionar la máxima eficiencia y aboga por considerar el potencial de otros materiales alternativos a las perovskitas de haluros metálicos como célula superior. En este sentido, el arseniuro de galio (GaAs) y el fosfuro de galio e indio (GaInP) son candidatos ya que tienen la mayor eficiencia de los dispositivos de unión simple. Sin embargo, su principal inconveniente el coste que supone su uso, según señalan los investigadores.
El diseño en tándem conlleva desafíos adicionales dado que, para los materiales fotovoltaicos de unión simple, los módulos se fabrican interconectando células individuales lateralmente en serie. Para las células solares en tándem, existen múltiples opciones para interconectar las celdas, lo que proporciona otra capa de complejidad al diseño de los módulos fotovoltaicos en tándem, según señalan los expertos.
Colaboración entre industria fotovoltaica y entornos académicos
Sólo tres tecnologías fotovoltaicas de unión única se han escalado con éxito hasta alcanzar al menos un GW de producción. Además del silicio, se han logrado avances con células solares hechas de diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) para la celda inferior y de telururo de cadmio para la celda superior. Los investigadores afirman que el contraste en las trayectorias de comercialización entre el silicio y las células solares de película delgada hechas de CIGS y CdTe ofrece una idea de los desafíos que deben superarse para establecer una tecnología en tándem a escala de GW.
El silicio fotovoltaico se benefició de importantes inversiones realizadas por la comunidad de semiconductores, lo que dio lugar a conocimientos compartidos y procesos estandarizados. Sin embargo, las empresas especializadas en CIGS y CdTe han protegido cuidadosamente sus procesos y técnicas de deposición mientras intentan avanzar contra el silicio fotovoltaico.
En este contexto, la hoja de ruta propone un esfuerzo colaborativo entre la industria fotovoltaica y los investigadores para replicar los consorcios existentes que han impulsado el desarrollo y comercialización de tecnologías fotovoltaicas de unión simple, para desempeñar un papel similar en el impulso de la comercialización de las células solares en tándem.