En el Laboratorio de Energías Renovables de la Facultad de Ciencias de la Electrónica (FCE), de la BUAP, el investigador Luis Armando Moreno Coria y el estudiante de posgrado Guillermo Colorado Jiménez desarrollaron un sistema basado en un robot cartesiano que reduce costos y tiempo en la alineación y depósito de material conductor en los contactos de celdas fotovoltaicas, con lo que se crea energía eléctrica limpia y renovable, a partir de luz solar.
México es uno de los cinco países en el mundo con mayor potencial de radiación solar; por ello la importancia de aprovechar el uso de esta tecnología que convierte la luz solar en energía eléctrica sin producir gases de efecto invernadero.
Esta conversión en una celda solar se basa en la absorción de fotones por el material semiconductor. Cuando los fotones inciden sobre la superficie de la celda, su energía es embebida por el semiconductor, promoviendo la excitación de electrones desde la banda de valencia hacia la de conducción. Este proceso genera pares electrones-hueco, cuyo movimiento, bajo la acción del campo eléctrico interno de la unión p-n, da lugar a una corriente eléctrica dirigida hacia un circuito externo, permitiendo así la extracción de energía útil.
Contribución BUAP
El impacto del trabajo desarrollado por el doctor Moreno Coria y Guillermo Colorado Jiménez, alumno de la Maestría en Ingeniería Electrónica, con opción en Instrumentación Electrónica, se refleja en el tiempo y los costos empleados para colocar los contactos en las celdas fotovoltaicas. Los contactos eléctricos de una celda fotovoltaica son una red de conductores metálicos depositados sobre la superficie del semiconductor, cuya función es recolectar y extraer la corriente generada por la separación de cargas dentro del dispositivo, minimizando al mismo tiempo la resistencia serie y las pérdidas ópticas.
Generalmente, para posicionar estos contactos se recurre a un proceso difícil y costoso que requiere un cuarto limpio: la fotolitografía, que trabaja a través de la posición de la luz, la cual al reflejarse con el material texturizado hace compleja la alineación de estas delgadas líneas.
No obstante, en el Laboratorio de Energías Renovables de la FCE se propone un prototipo que optimiza el proceso de deposición de contactos en celdas fotovoltaicas, eliminando la necesidad de técnicas convencionales como la fotolitografía.
En su lugar, el sistema emplea procesamiento digital de señales para detectar y analizar la geometría de las líneas de contacto mediante algoritmos de reconocimiento de patrones. Con esta información, el prototipo ajusta su mecanismo de deposición de manera precisa, permitiendo la aplicación controlada del material conductor sobre la celda, lo cual garantiza la adecuada formación de los contactos eléctricos, esenciales para la extracción de corriente y el correcto funcionamiento del dispositivo.
“Hemos diseñado un sistema de deposición de material conductor para la formación de contactos en celdas fotovoltaicas. Este sistema emplea procesamiento de imágenes mediante una cámara que captura la estructura de la celda, permitiendo la detección precisa de los patrones de contacto. Una vez identificada su ubicación, un microcontrolador coordina el movimiento de los actuadores, posibilitando el posicionamiento preciso del sistema para la aplicación del material conductor. Esta automatización optimiza la alineación y deposición de los contactos, mejorando la eficiencia del proceso”, detalló el investigador.
Este trabajo es producto de las asignaturas en procesamiento de imagen, instrumentación virtual y electrónica digital, así como de programación de microcontroladores, impartidas en Maestría en Ingeniería Electrónica, con opción en Instrumentación Electrónica.
En cuanto a la contribución del ingeniero Guillermo Colorado Jiménez, destaca su diseño de la interfaz que permite ver las diferentes coordenadas y asignar el número de pasos y la velocidad del sistema; para ello se envían comandos de la pantalla al microcontrolador.
El prototipo cuenta con una cámara, con la que el usuario podrá observar y manipular las herramientas utilizadas, sin necesidad de interrumpir al sistema mecánico.
El objetivo destacó el alumno, es lograr que la instrumentación sea de fácil uso para el operador, misma que hace hincapié en la ergonomía de la conexión del sistema en la parte electrónica.
“En cuanto a la cámara, trabaja en tiempo real y facilita la operación y localización de los patrones de contacto de la celda. Este aparato detecta el patrón del contacto, posteriormente se realiza un procesamiento de imagen y con un control se mueve automáticamente el motor y la boquilla que contiene el material conductor, la cual mediante goteos deposita el material como pasta de carbono, grafito, cobre, entre otros”, añadió Colorado Jiménez.
En este proyecto también participaron los doctores: Gerardo Mino Aguilar y César Augusto Arriaga Arriaga.