El objetivo de la revolución energética en Alemania es cubrir la demanda energética privada e industrial a partir de energías renovables para el año 2045.
La tensa situación en Europa demuestra que esto es benéfico tanto para el medio ambiente como para el autoabastecimiento de toda la economía en la Unión Europea en general. Por lo tanto, la tarea es promover la generación de electricidad a partir del viento, el agua y el sol.
Contenidos de este artículo de blog:
Habilitando la revolución energética
Trabajando juntos para lograr el objetivo
Línea experimental totalmente funcional en el vacío: Leybold UNIVEX C 900
La revolución energética solo puede tener éxito cuando los expertos trabajan juntos
Habilitando la revolución energética
Uno de los principales institutos de investigación y desarrollo de energía en Europa es el Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno (Zentrum für Sonnenenergie - und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg [ZSW]) con sede en Stuttgart. El ZSW se dedica a este mismo objetivo de lograr un suministro de energía 100% renovable en Alemania para 2045.
Si se ponderan las energías renovables según su disponibilidad, la tecnología solar se considera central ya que el poder radiante del sol se puede planificar mejor que el poder del viento. Un beneficio adicional es que las plantas de energía solar se pueden implementar de forma descentralizada, es decir, lejos de las costas en parques eólicos marinos o plantas de energía mareomotriz en toda Alemania.
Además de ampliar las áreas para parques solares, en los techos de las casas, etc., también es importante aumentar la eficiencia de cada celda solar individual. En otras palabras, para absorber más luz de la luz solar incidente.
El desafío: Una celda solar de silicio convencional alcanza su límite de rendimiento teórico con una eficiencia del 29% (límite de Shockley-Queisser). Esto significa que un máximo del 29% de la energía de la luz incidente se puede convertir en electricidad.
Trabajando juntos para lograr el objetivo
En prometedoras pruebas realizadas por investigadores del CSEM y la EPFL, pudo lograrse una eficiencia de casi el 31.25% con una celda solar en tándem. Las células solares en tándem se caracterizan por utilizar dos materiales absorbentes con diferentes brechas de banda que absorben los diferentes rangos espectrales del espectro solar para utilizarlos de forma más eficiente. Esto conduce a una importante reducción de costos por cada KWh producido. También tener en cuenta que normalmente se utilizan haluros organometálicos, como el yoduro de metilamonio.
En este punto, sin embargo, ZSW alcanzó sus límites con su propio equipo técnico porque trabajar con perovskita puede provocar rápidamente reacciones químicas no deseadas, como quemaduras químicas. Por esta razón buscaron un socio de la industria con años de experiencia en la construcción de plantas y experiencia en vacío.
Así comenzó la cooperación entre ZSW y Leybold. ZSW es experto en tecnología solar y Leybold es experto en recubrimientos de película delgada de alto vacío y todos los sistemas están equipados con componentes de vacío desarrollados internamente.
El objetivo de esta colaboración era crear una configuración de vacío experimental para que las hipótesis que rodean el modo de acción de la celda solar en tándem puedan probarse lo más rápido posible. Para ello se han construido e instalado cuatro cámaras de proceso con diferentes métodos de recubrimiento. Este fue un desafío emocionante ya que la mayoría de los sistemas en ingeniería de plantas solo requieren una cámara de proceso.
Línea experimental totalmente funcional en el vacío: Leybold UNIVEX C 900
La serie UNIVEX comprende sistemas de recubrimiento multipropósito para la producción de recubrimientos PVD funcionales. Características como un diseño modular, tamaños de cámara variables y numerosos accesorios hacen que los sistemas de recubrimiento sean más flexibles. Durante los últimos 50 años, Leybold ha instalado más de 800 de estos sistemas únicos en todo el mundo.
El alcance funcional necesario para esta tarea lo proporciona el Leybold UNIVEX C 900, que se ha personalizado para satisfacer las necesidades de la ZSW.
En general, se pueden derivar dos usos primordiales de los sistemas:
- Configuraciones para la experimentación e investigación optimizadas para una mayor flexibilidad, de modo que puedan representar tantos escenarios de prueba como sea posible.
- Sistemas de producción que recubren el mayor número posible de sustratos con un rendimiento optimizado.
La característica especial del UNIVEX C 900 instalado en la ZSW es su flexibilidad gracias a las cámaras de proceso dispuestas modularmente.
Los siguientes métodos de recubrimiento pueden ser llevados a cabo en las cuatro cámaras:
Cámara de proceso 1: Cámara de pulverización - 3 fuentes de pulverización aplican el recubrimiento al sustrato.
Cámara de proceso 2: Cámara de evaporación termoorgánica.
Cámara de proceso 3: Cámara de evaporación por haz de electrones - Es capaz de tratar materiales que se derriten a temperaturas muy altas. Es ideal para aplicaciones de ahorro de material, por ejemplo, porque el material a aplicar es caro.
Cámara de proceso 4: Esta es especialmente importante para la celda solar en tándem, porque es la cámara donde se evaporan las perovskitas. Dado que pueden ser agresivos con otros materiales y los humanos, la atención se centra en la seguridad del operador.
Por razones de seguridad, ahorros de tiempo y protección de los materiales contra el agua (que está presente en el aire ambiente), es posible operar el sistema completamente en vacío gracias a dos cámaras adicionales:
- Una cámara de transferencia con un brazo robótico telescópico: Esta cámara está ubicada en el corazón de todo el sistema entre las cámaras de proceso. Su función es mover los sustratos a través del sistema con precisión milimétrica.
- Un almacén: El área de almacenamiento donde se pueden guardar los sustratos. Aquí, la robótica busca el reabastecimiento cuando finalmente se ha procesado el sustrato anterior.
La revolución energética solo puede tener éxito cuando los expertos trabajan juntos
La evaporación de las células solares de perovskita es una aplicación clave para futuras tecnologías y energías renovables. Además del desarrollo adicional de estos procesos específicos, se prevé una asociación a largo plazo entre ZSW y Leybold, que regularmente une fuerzas con varios equipos de este y otros institutos para colaborar en nuevos proyectos.
Una vez configurado, el UNIVEX C 900 permite un control de procesos completamente automatizado con resultados altamente reproducibles. Estamos seguros de que la ZSW utilizará el sistema UNIVEX para aumentar el conocimiento a través de una alta densidad de experimentación y que juntos contribuirán a una transición energética exitosa.
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