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El CIGS, ¿ El futuro de la fotovoltaica ?

La producción de CIGS en placas finas aún es muy escasa, pero hay unas cuantas empresas que se dedican a ella, y no todas las empresas las producen de la misma forma: Solibro, Abancis, Johana Solar, Solyndra Incluso la Shell se ha metido en este negocio.

Los beneficios de esta tecnología son tres: resultan estéticamente más atractivas, son más eficientes y el coste de producción es más reducido, aunque bastante más complejo. Según algunos expertos, es precisamente esto lo que está lastrando el uso de las placas fotovoltaicas CIGS.

Los diferentes procedimientos que de fabricación de paneles fotovoltaicos CIGS

Uno de ellos es aplicar capas superpuestas de una mezcla de todos los elementos requeridos mediante un proceso de deposición de vapor a una temperatura relativamente alta, unos 500º. Pero encontrar el equipo adecuado es un problema porque no siempre está disponible en el mercado.

Otra estrategia, seguida por empresas como Avancis -una joint venture formada por Shell y Saint Gobain-,  Johanna Solar y Sulfurcell es adaptar el proceso al equipo que puedes comprar. Existen por ejemplo aparatos de argón que utilizan un BEAM de electrones para TO KNOCK átomos de la materia requerida. Este proceso también es más rápido que el anterior; pero también hay un inconveniente: el cobre  y el indio son separados, de forma que estructura policristalina CIGS no se forma inmediatamente. Esta capa necesita ser posteriormente expuesta a sulfuro o selenio a altas temperaturas. Sólo entonces se forma la estructura deseada.

Avancis comenzó a producir hace unos meses, a un precio un 5% más bajo que los paneles de silicio policristalino. La empresa asegura que la eficiencia puede alcanzar el 11% y se amortizan en un solo año.

Las capas activas de CIGS tienen un espesor de sólo 2 micras. El proceso de fabricación que utiliza esta empresa está prácticamente automatizado. Una de las claves para los ingenieros fue la selenización en línea, que Avancis ejecuta en un horno que funciona continuamente en lugar de en un horno que funciona con hornadas diferentes. Los materiales se depositan en capas homogéneas. En la última fase, el semiconductor toma la textura óptima en el horno de selenización. Este proceso también se realiza a 500º. Los hornos se calientan con lámparas halógenas. Como la cobertura de la parte frontal del cristal absorbe luz visible pero refleja radiación térmica, se crea tensión térmica entre la capa y el electrodo situado en la parte posterior del cristal, que se comporta de la forma contraria. -Cuando el cristal se calienta, tiene que permanecer plano, no se puede doblar, asegura el Dr. Kerg, su director técnico. Las placas están laminadas, a una presión de entre seis y ocho bares en un autoclave que contiene varios cientos de paneles. Sólo son necesarios 15 empleados en cada turno para poner en marcha la producción. El tiempo medio para tener listo un panel es de dos días.

El reto de la siguiente empresa que analizamos, PVflex, es ofrecer una garantía de 20 años a sus paneles flexibles de CIGS, lo cual sería dar un gran paso que nadie ha conseguido todavía. La empresa, situada en una ciudad cercana a Berlín, ha conseguido superar ya varias pruebas, pero aún no ha logrado un certificado definitivo.

Esta empresa está desarrollando aún pruebas piloto de sus placas, e incluso el proceso de fabricación y la maquinaria necesaria ha sido desarrollada por ellos mismos; dada la fase del proyecto, las primeras fases de la creación de la placa se realiza aún en laboratorio.

El secreto de la longevidad que pueden alcanzar sus placas no deja de ser extraño: no hacerlas al vacío, lo que en teoría conduce a la destrucción de la célula solar de CIGS. Realizan el sellado con óxido de silicio, lo que produce un efecto anti-humedad, pero no impide completamente la acumulación de humedad en el interior de la placa; cuando se forma vapor de agua debido a altas temperaturas, no puede salir y esto destruye la capa de óxido de zinc. Se están desarrollando continuamente nuevas formas de sellado para evitar este problema. PVflex ha creado un sistema -abierto-; queremos crear un sellado más suave de forma deliberada para evitar la creación de vapor. Pero este sistema sólo funciona si la célula solar es protegida de la humedad que entra mediante una capa  que haga de barrera. PVflex está ahora probando los materiales más convenientes para esta capa. La parte trasera de la placa también se protege con capas-barrera.

Solyndra es una empresa situada en California que fabrica paneles solares fotovoltaicos hechos de cilindros, de forma similar a los tubos de vacío de la energía solar térmica. Utilizan un proceso de coevaporación a altas temperaturas.

Como ventajas de este sistema, la empresa señala dos principales. Una es que la instalación de estas placas es mucho más rápida y por tanto, mucho más barata que la fotovoltaica convencional, y Phoenix Solar AG, una empresa instaladora alemana bastante grande, asegura que estos módulos pueden ser instalados con un tercio del trabajo, en una tercera parte del tiempo, y con la mitad del coste de los demás paneles. -La instalación comercial sobre tejado se mide en días, no en semanas, afirman.

Esto es así gracias a que debido a la menor resistencia al aire, ya que los tubos no tienen placas por ningún lado, con lo cual se necesita menor sujeción al suelo. Se han certificado para soportar viendo de hasta 200 km/h. Una ventaja añadida es que al recalentarse menos, aumenta la producción de electricidad, siempre según el fabricante.

También afirman que al tener forma cilíndrica, reciben luz desde todos los ángulos sin necesidad de mover la placa hacia el sol, e incluso sin necesidad de estar orientadas hacia el sur. Algunas empresas del sector critican este tipo de panel, asegurando que es difícil calcular la reflexión de la luz.

Los inconvenientes del CIGS

De lo que quizás no se ha hablado tanto es de otra sustancia que se utiliza para aumentar la eficiencia y que a los trabajadores no suele hacerles mucha gracia porque es cancerígeno, lo cual no tiene mucho sentido en una industria que pretende ser ecológica: el cadmio.

La mayor parte de los fabricantes de placas CIGS utilizan una capa almacenadora de sulfuro de cadmio entre la capa de contacto frontal y la capa del semiconductor. El esta capa sirve de protección al semiconductor durante el proceso de producción, y en combinación con la capa absorbente, forman lo que los físicos denominan la conjunción p-n del semiconductor, que transforma la luz en electricidad. Cada metro cuadrado de célula solar contiene aproximadamente 0,2 gramos de cadmio. Un panel estándar de 60x120 cm y pese 12 kg llevaría 270 gramos del metal. Esta cantidad no es muy elevada, pero aún así los manipuladores deben tener mucho cuidado. Los fabricantes aseguran que el cadmio está aislado cuando se manipula y posteriormente se recicla, por lo que supone un riesgo aceptable.

El otro punto que plantea dudas es sin utilizar esta mezcla de materiales para evitar el escaso silicio no puede derivar en el mismo problema que plantea éste; nos referimos al indio, del que no se sabe con seguridad cuánta reserva existe. Lo que sí es cierto es que no hay minas de indio en el mundo, el que existe es un subproducto de la producción de cinc, latón y plomo, por lo que su producción y precio está supeditado a estos metales, que no resultan muy atractivos para el mercado hoy en día. Los fabricantes de LEDs y LCDs son los competidores de los fabricantes de CIGS, pues también necesitan este metal para su industria. Por otra parte, es cierto que recientemente se han descubierto grandes cantidades de este metal en una cordillera alemana, lo que la convertiría en la primera productora del mundo si se decidiese a explotarlo. También se recicla bastante del indio que se utiliza.