Nueva técnica de fabricación de semiconductores impulsará la energía solar

La aplicación de una nueva técnica para el desarrollo de semiconductores podría generar un mayor impulso de la energía solar, ya que el uso de arseniuro de galio en vez de silicio en los dispositivos desembocaría en el logro de una mayor eficiencia en las células fotovoltaicas empleadas en los paneles solares. El avance fue obtenido por ingenieros y especialistas de la Universidad de Illinois.

Aunque el silicio es el material empleado en mayor medida en la actualidad en la industria de semiconductores aplicados a dispositivos electrónicos, incluyendo las células fotovoltaicas que los paneles solares utilizan para convertir la luz solar en energía, no es el material más eficiente para dicha función.

Por ejemplo, el arseniuro de galio ofrece casi el doble de eficiencia con relación al silicio en los dispositivos de energía solar. Sin embargo, se utiliza en un escaso porcentaje de aplicaciones debido a su costo elevado, cuando podría ser una excelente opción, por ejemplo en servicios públicos.

Ingenieros y científicos de la Universidad de Illinois han explorado distintas maneras para fabricar películas delgadas de arseniuro de galio de bajo costo, que permiten una amplia flexibilidad en cuanto a los tipos de dispositivos en los cuales podrían incorporarse, reemplazando a los componentes de silicio.

Mayor producción a menor costo

De acuerdo a los encargados de la investigación, la reducción sustancial de los costos del arseniuro de galio aplicado a semiconductores podría ampliar en gran medida la gama de aplicaciones de este material en dispositivos solares. Es que el principal inconvenientes para su desarrollo tenía que ver, justamente, con su costo elevado.

Por otro lado, mientras habitualmente el arseniuro de galio se deposita en una única capa delgada sobre una lámina pequeña, el grupo de investigación de Illinois decidió depositar capas múltiples de material sobre una oblea, lo que desembocaría en una mayor eficiencia de los dispositivos.

El enfoque de los especialistas norteamericanos supone un importante ahorro de tiempo, ya que se reduce el período de carga y descarga. Asimismo, si se considera el uso de distintos artefactos, la preparación necesaria y el personal que se requiere en estas operaciones, el ahorro de tiempo se traduce directamente en una reducción significativa de los costos.

Al mismo tiempo, la oblea se puede reutilizar inmediatamente para producir nuevas capas de material, luego de un proceso que permite retirar el arseniuro de galio. En consecuencia, es posible generar mucho más material con mayor rapidez y en condiciones de mayor rentabilidad, si comparamos este sistema con respecto a la capa delgada individual con la que se trabaja normalmente.

Ampliación del área de cobertura

Los expertos indican que existen tres tipos de dispositivos que pueden emplear chips de arseniuro de galio fabricados en pilas de varias capas, o sea con esta nueva técnica, y alcanzar una mayor efectividad: sensores de luz, transistores de alta velocidad y células solares. En todos los casos, el nuevo método podría provocar una importante disminución en los costos.

Otra de las ventajas de la técnica de múltiples capas es la eliminación de las limitaciones en cuanto al área de trabajo, una condición especialmente importante para las células solares. Esto significa que la oblea puede abarcar una superficie de producción mucho mayor, mientras que en el proceso convencional de una única capa existen mayores límites en la extensión de la oblea.

En el caso de la energía fotovoltaica, que requiere una zona de cobertura amplia para capturar tanta luz solar como sea posible, esta condición de la nueva técnica es ampliamente ventajosa. De esta forma, se logra al mismo tiempo multiplicar el área de cobertura, generar más energía y reducir el costo.

Los principales responsables de este trabajo son los profesores John Rogers y Xiuling Li, de la Universidad de Illinois. Asimismo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la National Science Foundation han financiado la investigación. El estudio fue difundido mediante una nota de prensa de la Universidad de Illinois, y posteriormente se publicaron artículos en los medios especializados Nature y Science Daily.