Alrededor del 95% de la producción actual de módulos fotovoltaicos (FV) se basa en obleas de silicio, que deben ser extremadamente puras para poder alcanzar altos rendimientos cuando se procesan como células solares. La tecnología de silicio comienza con la reducción carbotérmica de cuarzo en un horno de arco para producir silicio metalúrgico, con una pureza en torno al 99%. Este nivel de pureza no es suficiente para aplicaciones fotovoltaicas, por lo que un proceso posterior de ultrapurificación convierte el silicio metalúrgico en triclorosilano, que se destila y se convierte de nuevo en silicio en un reactor de tipo Siemens.
Para la ultrapurificación se necesita una enorme inversión en electricidad y refrigeración, con una demanda energética del orden de 50-75 kWh/kg, lo que se traduce en la contribución principal a la huella de carbono asociada a la fabricación de un módulo fotovoltaico. Por eso se están investigando rutas de purificación alternativas que eviten la transformación en clorosilanos, aplicando métodos de la industria metalúrgica. El silicio producido de este modo, el llamado silicio de grado metalúrgico mejorado (UMG por sus siglas en inglés Upgraded Metallurgical Grade), requiere menos energía para su fabricación, del orden de 30 kWh/kg. Este claro beneficio medioambiental va acompañado de una reducción de los costes de fabricación. El reto entonces es demostrar que este proceso no conlleva una reducción en la eficiencia de la célula solar, de modo que el impacto beneficioso «por kg» se mantenga también «por vatio».
En el Instituto de Energía Solar hemos participado en el esfuerzo sostenido de I+D llevado a cabo por la joint-venture española Ferrosolar para el desarrollo de una tecnología UMG, que ha conseguido entre otras cosas superar el objetivo de eficiencia del 20% en células solares de tipo industrial realizadas sobre obleas UMG multicristalinas, además de la demostración de una productividad similar en una instalación realizada con módulos UMG cuando se compara con otra de referencia con módulos convencionales.
Se ha demostrado que el silicio UMG puede ser la base de una industria que suministre silicio solar de bajo coste y respetuoso con el medio ambiente.
Referencias:
Míguez Novoa JM, Hoffmann V, Forniés E, Mendez L, Tojeiro M, Ruiz F, Funes M, del Cañizo C, Fuertes Marrón D, Dasilva Villanueva N, Caballero LJ, Arıkan B, Turan R, Canar HH and Sánchez Plaza G (2024), Production of upgraded metallurgical-grade silicon for a low-cost, high-efficiency, and reliable PV technology. Front. Photonics 5:1331030. doi: 10.3389/fphot.2024.1331030.
