Cobre en lugar de plata: cómo el láser fortalece los contactos de las placas solares exprés
Una placa solar es como un pastel de capas: una base de silicio y, encima, finas pistas metálicas por las que la electricidad sale hacia los cables. Durante mucho tiempo, estas pistas se hicieron de plata, porque conduce muy bien la corriente y no daña el silicio. Pero la plata es cara, así que los ingenieros buscan un sustituto. El cobre cuesta cien veces menos y conduce casi igual de bien, pero tiene un carácter difícil: tiende a filtrarse en el silicio y a alterar su funcionamiento.
En el nuevo trabajo, los científicos tomaron células solares ya fabricadas con contactos de cobre y les aplicaron un láser. El rayo láser no corta ni funde todo lo que encuentra; incide de forma puntual, como un soldador en manos de un joyero. En los puntos donde el cobre toca el silicio, se genera un fuerte calentamiento local durante un instante. Eso basta para que el cobre y el silicio se fundan formando una capa resistente de Cu3Si, una especie de puente que une firmemente el metal con el semiconductor y no deja que el cobre avance más.
Para comprobar que la capa realmente se había formado, las muestras se examinaron con un microscopio electrónico de resolución atómica. En las imágenes se ve que, en las zonas tratadas con láser, el cobre y el silicio formaron una aleación uniforme y limpia, mientras que en las no tratadas se acumularon impurezas y huecos en la interfaz. Tras un ataque con ácido, los contactos tratados permanecieron intactos, mientras que los no tratados comenzaron a degradarse. Esto significa que el calentamiento con láser hace que el contacto no solo sea conductor, sino también químicamente resistente.
El beneficio práctico es evidente: las placas solares con contactos de cobre reforzados con láser funcionan tan eficientemente como las de plata, pero cuestan notablemente menos. Y como el tratamiento con láser se puede integrar fácilmente en la línea de producción existente, el método puede implementarse rápidamente en las fábricas. El cobre, que antes era un sustituto caprichoso de la plata, tras un breve "quemado" con láser se convierte en un conductor fiable y barato de la electricidad solar.
La temperatura en el punto de calentamiento con láser supera los 1000°C durante fracciones de segundo; es suficiente para fundir el cobre, pero demasiado poco para dañar el silicio circundante.