Las células solares a demanda

Publicado online el 19 de mayo 2010 | Nature | doi: 10.1038/news.2010.249

Las células solares a demanda

La técnica de separación y estampado podría allanar el camino para obtener semiconductores más eficientes.
Geoff Brumfiel

[ Las células solares de arseniuro de galio se pueden producir mediante la técnica de separación y estampado. ]

Un método alternativo de fabricación de semiconductores sensibles a la luz puede producir células solares de alta eficiencia, mejores cámaras de visión nocturna y un gran número de aplicaciones, según la investigación publicada esta semana de Nature¹.

Un equipo dirigido por John Rogers, científico de materiales de la Universidad de Illinois, ha desarrollado una técnica potencialmente rentable para producir microchips con el semiconductor arseniuro de galio, que responde bien a la luz. Se ha utilizado una técnica de transferencia de impresión para separar e imprimir finas capas del semiconductor sobre vidrio o plástico, superando de este modo un antiguo problema en la fabricación del arseniuro de galio que podría transformar la industria de células solares.

El silicio es el caballo de batalla de la moderna industria de los semiconductores y se usa en todo, desde las células solares a las cámaras digitales. Sin embargo, durante décadas los científicos han sabido que, cuando se trata de captar la luz, hay mejores materiales. Ciertos tipos de semiconductores pueden absorber la luz mucho mejor que el silicio, fabricando así mejores células solares y dispositivos de detección de infrarrojos.

El arseniuro de galio es una de las alternativas al silicio más estudiadas. Teóricamente puede convertir el 40% de la radiación solar incidente en electricidad, por lo que es el doble de eficaz que el silicio. Su eficacia hace del arseniuro de galio el material de elección para la construcción de células solares para naves espaciales.

Pero al igual que sus mejores aplicaciones, el precio de arseniuro de galio es muy elevado. Según Rogers, esto se debe en parte a que las láminas de arseniuro de galio de alta calidad deben desarrollarse en cámaras cuidadosamente controladas. Posteriormente se laminan, pero sólo se utiliza su superficie, desperdiciando gran parte de este costoso material, afirmó Rogers.

Una pila de semiconductores
Ahora Rogers y sus colegas han encontrado otro modo1. En lugar de hacer crecer una única capa de arseniuro de galio, el equipo hizo crecer una pila de capas alternas de arseniuro de galio y arseniuro de aluminio. Después, mediante la correcta secuencia de reactivos químicos, el equipo fue capaz de aislar las capas de arseniuro de galio y separarlas mediante un sello de goma con base de silicio. Pegaron estas láminas en otras superficies, como vidrio o plástico, y luego sellaron las delgadas capas en los circuitos utilizando técnicas más convencionales.

El equipo fue capaz de producir células solares muy pequeñas, cada una alrededor de 500 micrómetros de ancho, dispositivos de imágenes infrarrojas y algunos componentes para teléfonos móviles. Varios coautores del artículo participan en la nueva empresa Semprius, cuyo objetivo es que la técnica para crear dispositivos de arseniuro de galio sea más asequible. “Creemos que este enfoque puede ser competitivo en el costes de cualquier dispositivo”, expresó Rogers, quien pertenece a la junta directiva de la compañía.

[ Los investigadores fueron capaces de producir células solares muy pequeñas. ]

“Lo que han hecho es impresionante”, aseguró Gerard Bauhuis, científico de materiales en la Universidad Radboud de Nijmegen, Países Bajos. Pero Bauhuis explicó que con esta técnica no se pueden fabricar más que circuitos de unos pocos cientos de micrómetros de tamaño, demasiado pequeños para las típicas células solares. Tendrán que llevarse a cabo más investigaciones para ver si el sistema de separación y estampado puede utilizarse para fabricar láminas grandes, de varios centímetros cuadrados, indicó.

Bauhuis, cuyo laboratorio pertenece a una nueva compañía llamada tf2 devices, que también tiene por objetivo fabricar células solares de alta eficiencia, afirmó que los dispositivos de arseniuro de galio son prácticamente competitivos. “En los próximos dos a los cinco años se decidirá si se trata de una ruta factible”, concluyó.

Rogers estuvo de acuerdo en que el arseniuro de galio tiene un gran potencial. Su laboratorio está trabajando en el desarrollo de células solares que puedan generar electricidad con un coste de un dólar por vatio, lo que las haría comercialmente atractivas. “Creemos poder hacerlo –explicó–, pero no podremos demostrarlo hasta que lo hagamos.”