Twin Creeks Technologies, una start-up que ha estado operando en secreto hasta esta semana, ha desarrollado un método para fabricar finas obleas de silicio cristalino que podría reducir a la mitad el coste de producción de las células fotoeléctricas de silcio. Ha probado la tecnología en una pequeña fábrica de células solares con una capacidad de 25 megavatios-año construida en Senatobia, Mississippi (Estados Unidos).  

Siva Sivaram, director general de Twin Creeks afirma que la tecnología de la empresa reduce tanto la cantidad de silicio necesaria para fabricar las células como el coste del equipo de fabricación. Sostiene que su empresa puede producir células fotoeléctricas por unos 40 centavos de dólar por vatio (unos 30 céntimos de euro), una reducción significativa comparado con los 80 centavos (60 céntimos de euro) que cuestan las células más baratas en la actualidad. Twin Creeks ha recaudado 93 millones de dólares (unos 70 millones de euros) en capital riesgo y además ha recibido préstamos del estado de Mississippi y de otras fuentes que ha utilizado para construir su fábrica solar.

El método convencional para fabricar obleas de silicio cristalino (la mayoría de las células fotoeléctricas están hechas con este material) implica cortar bloques o cilindros de silicio en obleas de 200 micrómetros. Las obleas más delgadas son quebradizas y tienden a romperse en la línea de producción pero, en teoría, aunque tuvieran un espesor de 20 a 30 micrómetros podrían ser igual de eficaces o incluso más convirtiendo la luz del sol en electricidad.

El proceso de Twin Creeks fabrica obleas de 20 micrómetros prácticamente sin residuos. Consiste en aplicarles una fina capa de metal que las hace lo suficientemente resistentes como para sobrevivir el procesado en los equipos de fabricación de células convencionales. Sivaram afirma que al reducir el uso de sierras de alambre y el equipo relacionado con ellas, y al fabricar obleas más finas, Twin Creeks reduce la cantidad de silicio necesario para la fabricación en un 90 por ciento y también reduce en gran medida los costes de capital. Y explica que la tecnología se puede aplicar en las líneas de producción ya existentes. El plan principal de la empresa es vender el equipo de producción, no producir las células fotoeléctricas ellos mismos. “Espero que para el año que viene por estas fechas tengamos entre media y una docena de estas herramientas instaladas en la industria”, afirma.

El proceso comienza en una cámara de vacío donde un haz de iones de hidrógeno de alta energía bombardea discos de silicio cristalino de 3 milímetros de grosor. Los iones se acumulan a una profundidad exacta de 20 micrómetros, controlados por el voltaje del haz. Cuando se ha acumulado la cantidad suficiente de iones, un brazo robótico retira rápidamente las obleas, que a continuación se colocan dentro de un horno donde los iones capturados dentro del silicio forman microscópicas burbujas de gas de hidrógeno que se expanden, creando diminutas fracturas en la oblea y haciendo que una capa de silicio con un grosor de 20 micrómetros se despegue de la misma. Entonces la empresa aplica una base de metal al fino silicio. (El proceso patentado que usa la distingue de otra empresa similar, Astrowatt, que fabrica obleas de un grosor parecido. Pero las obleas de Astrowatt están ligeramente curvadas, lo que dificultaría su uso en equipos de producción convencionales).

Las obleas de Twin Creeks son compatibles con los equipos de producción de células solares convencionales y con los procesos que se están usando ahora mismo para fabricar diseños avanzados de células solares, como por ejemplo las células de heterounión. Sivaram explica que el proceso de iones de hidrógeno funciona con otros materiales cristalinos además del silicio, entre ellos el arseniuro de galio, un semiconductor que se ha usado para producir las células solares que tienen el récord mundial en eficiencia.

Ya se había pensado usar un haz de iones para crear finas obleas de silicio cristalino, pero era demasiado caro para que el método de fabricación fuera práctico. Requería un acelerador de partículas capaz de producir haces de iones de alta corriente y alta energía a la vez y “esa bestia no existía”, afirma Sivaram. Para que la tecnología fuera viable, Twin Creeks ha desarrollado un acelerador de iones que es “10 veces más potente” que cualquier acelerador disponible a escala comercial, explica.

Si bien la empresa hace hincapié en que la tecnología es compatible con las líneas de producción ya existentes, sí que requiere al menos un cambio. Normalmente, las obleas se tratan para crear una textura rugosa en la superficie que les ayuda, más que a absorber la luz, a reflejarla. La textura está formada por pirámides que son casi tan altas como el grosor de las obleas de Twin Creeks, así que no resulta práctico usar esta estructura con las nuevas obleas. Sivaram afirma que su empresa ha puesto en marcha una tecnología antirreflectante alternativa que permite a sus células fotoeléctricas tener el mismo rendimiento que otras producidas siguiendo el proceso de fabricación convencional.