Un estudio de prueba de concepto llevado a cabo por investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. y Trumpf Inc. encontró que el uso de láseres de femtosegundo para realizar soldaduras de vidrio a vidrio en módulos solares haría que estos paneles fueran más fáciles de reciclar.
En un artículo publicado en el IEEE Journal of Photovoltaics, los investigadores explican que estas soldaduras eliminarían la necesidad de láminas de polímero plástico que actualmente se laminan en los módulos solares, lo cual dificulta su reciclaje. Al final de su vida útil, los módulos fabricados con soldaduras láser podrían romperse, facilitando así el reciclaje de los cables de vidrio y metal que recorren las células solares, así como la reutilización del silicio.
"La mayoría de los recicladores confirman que los polímeros son el principal obstáculo para el proceso de reciclaje", afirmó David Young, autor principal del artículo, en un comunicado de prensa.
Para llevar a cabo su experimento, los científicos utilizaron un láser de femtosegundo que emplea un pulso corto de luz infrarroja para fundir el vidrio y formar un sello hermético fuerte.
Las soldaduras de vidrio podrían ser aplicadas en cualquier tecnología solar (silicio, perovskitas, telururo de cadmio), ya que el calor generado se limita a unos pocos milímetros del foco del láser.
Los módulos solares están compuestos por semiconductores diseñados para capturar una porción específica del espectro solar, aprovechando la luz solar para generar electricidad. Normalmente, estos semiconductores se intercalan entre dos láminas de vidrio laminadas con láminas de polímero.
La investigación del NREL demostró que las soldaduras de vidrio a vidrio son esencialmente tan fuertes como el vidrio mismo.
"Mientras el vidrio no se rompa, la soldadura no se romperá", afirmó Young. "Sin embargo, al no tener polímeros entre las láminas de vidrio, los módulos soldados deben ser mucho más rígidos. Nuestro artículo demostró que, con un montaje adecuado y una modificación de las características en relieve del vidrio laminado, un módulo soldado puede ser lo suficientemente rígido como para pasar las pruebas de carga estática".
Esta investigación representa la primera vez que se emplea un láser de femtosegundo para formar soldaduras de vidrio a vidrio en un módulo solar. En el pasado, se había intentado un tipo diferente de sellado de bordes utilizando láseres de nanosegundos y un relleno de frita de vidrio, pero las soldaduras resultaron demasiado frágiles para su uso en diseños de módulos exteriores. Por otro lado, las soldaduras láser de femtosegundo ofrecen una resistencia superior con sellado hermético a un costo atractivo.
Young destacó que el estudio representa un "alto riesgo, alta recompensa", pero señala una dirección para futuras investigaciones destinadas a prolongar la vida útil de los módulos solares más allá de los 50 años y facilitar su reciclaje.
