Paneles solares de película delgada: tecnología – ventajas – usos

Actualizado: 12/10/2024

Dando un paso más en el camino de la sostenibilidad y la innovación, los paneles solares de película delgada emergen como una alternativa prometedora en el mundo de la energía solar.

Estos paneles, a diferencia de los tradicionales, están compuestos por materiales semiconductores, como el CdTe, CIGS o α-Si, que se depositan en finas capas sobre un sustrato. Entre sus puntos fuertes se encuentran su ligereza, flexibilidad y coste-eficiencia, mostrando un rendimiento superior en condiciones de baja luminosidad y resistencia al sombreado.

¿Cómo se fabrican los paneles de película delgada?

Básicamente, estos paneles operan con el mismo principio fotoeléctrico que el silicio cristalino: en el semiconductor, al ser dopado con ciertas sustancias, la luz solar activa los electrones. Estos generan una corriente que se incorpora al circuito eléctrico al que pertenece el panel.

Sin embargo, lo que varía es el material fotosensible utilizado, que se coloca sobre bases rígidas o flexibles como vidrio, metal o plástico. Un punto a destacar de esta técnica es el escaso uso de material fotosensible, reduciendo así los costos de producción.

Entre los materiales usados para estos paneles encontramos: telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre con indio y galio (CIGS), silicio amorfo (a-Si) y arseniuro de galio (GaAs). Cada uno presenta ventajas y desafíos propios.

Los gigantes de la tecnología de película delgada

Hay cuatro tecnologías principales en el terreno de los paneles solares de película delgada:

• Telururo de cadmio (CdTe): El componente fotosensible de este material consiste en una capa de telururo de cadmio con dopaje tipo p, junto a una de sulfuro de cadmio (CdS) con dopaje tipo n. Se puede sustituir el CdS por óxido de zinc y magnesio (MZO). Estos elementos se depositan en el sustrato por sublimación. Estas células han llegado a eficiencias del 19% y, en investigaciones, hasta el 22,1%. A nivel global, esta tecnología tiene una presencia del 5,1%, siendo el silicio cristalino el líder con 90,9%.
• Seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS): Similar al CdTe, el elemento fotosensible de CIGS se compone de una heterounión pn: la capa p con CIGS y la n con CdS. Se depositan usando un proceso químico. Estos paneles son populares en la industria espacial por su resistencia al frío extremo y eficiencia bajo luz tenue. Solar Frontier ha logrado eficiencias del 23,4% desde 2019. Teóricamente, pueden llegar al 33%.
• Silicio amorfo (a-Si): El avance en esta tecnología ha sido lento debido a su eficiencia limitada (14%) y fragilidad del material. A diferencia de otros paneles, los de silicio amorfo presentan una estructura pin o nip. A pesar de que el silicio es económico y se usa en mínimas cantidades, estos paneles son caros. Esto se debe al costo del vidrio conductor y al prolongado proceso de fabricación.
• Arseniuro de galio (GaAs): La producción de GaAs es compleja y cara. Se requiere crecer el material en etapas usando un haz de electrones en vacío. Se emplean metales valiosos para sustratos y conductores. Su estructura multiunión III-V permite eficiencias teóricas del 39,2%, pero en la práctica se alcanza el 29,1%. A causa de su elevado coste, su uso es predominantemente en aplicaciones espaciales y no en el sector fotovoltaico terrestre.

¿Cuándo conviene optar por paneles de película delgada?

En ciertos contextos, los paneles de película delgada pueden ser preferibles a los de silicio cristalino.

• Integración arquitectónica: Estos paneles son perfectos para tejas solares y vidrios energéticos. Las tejas solares se integran estéticamente en tejados de áreas con restricciones visuales, mimetizándose con las tejas tradicionales. El vidrio energético, por otro lado, mantiene cierta transparencia y es ideal para fachadas de grandes edificaciones. Aunque no tienen la eficiencia máxima de otros paneles, su utilidad y economía justifican su uso.
• Paneles móviles: Debido a su ligereza, la película fina es ideal para paneles portátiles. Existen opciones plegables que son útiles para situaciones itinerantes o en áreas remotas, donde solo se necesita un espacio reducido para su exposición al sol.
• Plantas solares: Si bien el silicio cristalino puede tener una mejor relación eficiencia/coste, los paneles de película fina son más duraderos y tienen mejor rendimiento térmico. Estos atributos los hacen atractivos para plantas solares de gran escala, especialmente en zonas de mucho calor.
• Transporte terrestre y marino: La delgadez y flexibilidad de estos paneles los hacen adecuados para superficies curvadas, como los techos de vehículos (coches eléctricos, caravanas, buses) y barcos, sin alterar su estética o aerodinámica.
• Aplicaciones espaciales: Las tecnologías CIGS y GaAs son idóneas para aplicaciones espaciales por ser ligeras, eficientes y resistentes a fluctuaciones térmicas y radiaciones. A pesar de su coste, son esenciales para satélites y vehículos espaciales.

Desafíos

Si bien los paneles solares de película delgada presentan ventajas claras, también enfrentan obstáculos. Su eficiencia aún es menor en comparación con los paneles fotovoltaicos tradicionales, y su vida útil tiende a ser más corta. Además, existen preocupaciones sobre la estabilidad de ciertas tecnologías y la toxicidad en su proceso de fabricación.

El Laboratorio de Materiales de Energía de Película Delgada en TalTech está en primera línea, explorando y optimizando técnicas de deposición como la pirolisis por aspersión, aspersión química, sol-gel y deposición química húmeda. Su misión es clara: mejorar la eficiencia y durabilidad de estos paneles solares para hacerlos más viables en aplicaciones prácticas.

Futuro

Actualmente, los paneles solares de película delgada solo representan cerca del 5% del mercado global de energía solar. Sin embargo, con avances continuos en su eficiencia y la exploración de nuevos materiales, hay un potencial significativo para aumentar su adopción. La posibilidad de desarrollar celdas solares de película delgada con tasas de conversión comparables a las de las celdas de silicio cristalino podría hacerlas una opción atractiva y sostenible en el ámbito de la energía renovable.