El uso de la energía solar está aumentando rápidamente a medida que más personas buscan fuentes de energía alternativas y renovables. Uno de los principales componentes de los paneles solares son los contactos que recogen y transportan la energía generada por las células fotovoltaicas. Durante años, la plata ha sido el material principal para los contactos debido a su alta conductividad y propiedades de adhesión. Sin embargo, los desarrollos recientes han demostrado que el cobre puede ser una mejor opción. Este artículo explora el potencial de los paneles solares de cobre y los desafíos asociados con su adopción.
Las células solares de contacto enterradas fueron introducidas por primera vez a fines de la década de 1980 por los investigadores australianos Stuart Wenham y Martin Green. Los contactos utilizaron cobre en lugar de plata y lograron una eficiencia récord de 24,7% para celdas experimentales y una eficiencia de 20% para celdas comerciales. En 1990, un automóvil impulsado por estos paneles solares ganó el World Solar Challenge, que es una carrera anual de vehículos alimentados por energía solar a través del interior de Australia. El diseño fue revolucionario y prometía reducir significativamente el costo de los paneles solares.
El cobre tiene algunas ventajas claras sobre la plata como material para contactos solares. El cobre es significativamente más barato que la plata, lo cual es una consideración importante a medida que crece la demanda de paneles solares. También tiene una conductividad eléctrica más alta, lo que significa que puede transportar energía de manera más eficiente. Los contactos de cobre también tienen dedos más estrechos, lo que significa menos sombreado y mayor eficiencia. Con estos beneficios, el cobre tiene el potencial de revolucionar la industria de los paneles solares.
A pesar del potencial de los paneles solares de cobre, existen varios desafíos para su adopción. Uno de los principales problemas es que es difícil conseguir que el cobre se adhiera a los paneles solares. La mala adherencia del contacto ha dejado perplejos a los científicos y asustado a los industriales. Los paneles solares deben durar 25 años y más en una variedad de climas y en todo tipo de clima. La tendencia del cobre a desprenderse puede reducir la confiabilidad de las celdas revestidas con él, por lo que no es difícil imaginar por qué los fabricantes estarían nerviosos por hacer el cambio.
Otra preocupación seria es el rendimiento. Si bien los contactos de cobre pueden resultar en una mayor eficiencia, si el cobre se difunde en el silicio que se encuentra debajo, el panel solar experimentará pérdidas de rendimiento. La difusión de cobre convierte partes del silicio semiconductor en un conductor, provocando un cortocircuito en secciones del panel. En general, el potencial de difusión de cobre presenta un riesgo adicional, que no es algo que desee para un producto destinado a durar décadas. Crear barreras contra la difusión es complicado y agrega una capa adicional de gastos en la producción.
Diseñar formas de solucionar estos problemas significa agregar más pasos al proceso de fabricación y gastar más dinero, que es una de las principales razones por las que el cobre no ha ganado impulso y compañías como Suntech y BP Solar fracasaron. Podría decirse que BP Solar comercializó con éxito sus Saturns. De hecho, un estudio de 2014 reveló que un grupo de paneles seguía funcionando 12 años después de su implementación inicial sin signos de falla. Los investigadores no pudieron confirmar 100% que los paneles no habían sufrido ninguna difusión de cobre, pero los datos indican que eran tan duraderos como sus contrapartes plateadas. A pesar de esto, BP detuvo la producción cuando su diseño de contacto enterrado no pudo competir con el menor costo de la serigrafía plateada, que solo se había vuelto más barata a medida que evolucionaba.
A pesar de los desafíos, varias empresas siguen buscando paneles solares de cobre. SunDrive, con sede en Sydney, es uno de ellos. Su CEO y cofundador, Vince Allen, es un ex Ph.D. candidato en la Universidad de Nueva Gales del Sur, donde había estado investigando la metalización del cobre. Después de cientos de intentos, logró idear un método para adherir cobre a las células solares con dedos delgados y densamente empaquetados. La eficiencia récord de SunDrive de 25.54% para células solares de silicio comerciales en septiembre de 2021 ha traído esperanza para el futuro de los paneles solares de cobre. Rompió el récord mundial anterior de 25,11 TP3T establecido por la empresa solar china LONGi Solar en 2019. En diciembre del mismo año, SunDrive produjo su primer panel de tamaño completo y, en septiembre de 2022, la eficiencia del panel de la empresa aumentó casi un total. punto porcentual a 26.41%.
El CEO de SunDrive, Vince Allen, explicó en una entrevista con la Agencia Australiana de Energía Renovable que pequeños aumentos de eficiencia pueden tener "un efecto cascada en términos del costo final" de los paneles solares. La empresa prioriza el sector residencial y, con la mayor eficiencia de sus paneles de cobre, pretende hacer que la energía solar sea más accesible y asequible para los propietarios de viviendas.
El éxito de SunDrive también llamó la atención de los expertos de la industria, y otra figura familiar, Verlinden, ahora forma parte del consejo asesor de SunDrive. Verlinden es el fundador de 1366 Technologies, una empresa que ha estado trabajando para reducir el costo de la energía solar mejorando el proceso de fabricación de los paneles solares.
Sin embargo, SunDrive no es la única empresa que busca paneles solares de cobre. En Alemania, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE, la instalación de investigación solar más grande de Europa, ha desarrollado su propio proceso de galvanoplastia de cobre. El proceso se ha convertido en su propia empresa, PV2+, que tiene como objetivo establecer un programa piloto a principios de 2023.
Bert Thin Films, una startup fundada por el profesor de ingeniería de la Universidad de Louisville Thad Druffel y el ex investigador postdoctoral asociado Ruvini Dharmadasa, también ha estado trabajando en el desarrollo de tinta de nanopartículas de cobre llamada "CuBert". El equipo ha creado una receta para CuBert que puede sustituir directamente a la pasta de plata sin cambios en las herramientas de producción ni un efecto negativo en la garantía del panel. Sin embargo, CuBert aún se encuentra en la fase de prueba, y el jurado aún está deliberando sobre si puede superar los desafíos de la oxidación y difusión del cobre.
El uso de cobre en paneles solares no es un concepto nuevo, y su potencial se conoce desde hace décadas. Sin embargo, se ha enfrentado a varios desafíos que han dificultado su comercialización. El desafío más importante es la mala adhesión por contacto del cobre a los paneles solares, lo que reduce la confiabilidad de las celdas revestidas con él. La tendencia del cobre a pelarse también limita su capacidad de durar 25 años o más, lo cual es necesario para los paneles solares. Además, la difusión de cobre en el silicio que se encuentra debajo puede reducir el rendimiento del panel, provocando cortocircuitos en secciones del mismo.
A pesar de los desafíos, no se pueden ignorar los beneficios potenciales del uso de cobre en paneles solares. El cobre es una materia prima mucho más barata en comparación con la plata, que se usa mucho en la fabricación de paneles solares. El uso de cobre podría reducir significativamente el costo de la energía solar, haciéndola más accesible y asequible para los consumidores. Con el éxito de SunDrive y el desarrollo de nuevas tecnologías como CuBert, el futuro de los paneles solares de cobre se ve más brillante que nunca.
En conclusión, los desafíos que enfrenta la industria de la energía solar en el uso de paneles solares de cobre no han impedido que los investigadores y científicos continúen con su desarrollo. El éxito reciente de SunDrive y otras empresas como PV2+ y Bert Thin Films demuestra que el sueño de hacer que la energía solar sea asequible y accesible para todos se está convirtiendo en realidad. A medida que se realicen más investigaciones y desarrollos, el uso de cobre en paneles solares sin duda será más eficiente y confiable.
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