Dentro de las células solares existen diversos tipos de corriente, como la corriente oscura, la corriente inversa y la corriente de fuga. Estas corrientes influyen en la potencia de salida de los módulos solares en distintos grados. Distinguir las características de estas corrientes puede ayudar a identificar las causas de una potencia de salida anómala del módulo, lo que contribuye a una solución eficaz de los problemas.
Corriente oscura
Definición
La corriente oscura, también conocida como corriente de saturación inversa en ausencia de iluminación, se refiere a la corriente continua inversa generada en una unión PN bajo polarización inversa cuando no hay luz incidente. Generalmente, se debe a la difusión de portadores o a defectos en la superficie y en el interior del dispositivo, así como a impurezas dañinas.
Formación
(1).Proceso de difusión:Dentro de una unión PN, hay más electrones en la región N y más huecos en la región P. Debido a esta diferencia de concentración, los electrones de la región N se difunden hacia la región P, y los huecos de la región P se difunden hacia la región N. Si bien el campo eléctrico interno de la unión PN se opone a esta difusión, esta se produce hasta alcanzar un equilibrio dinámico, generando una corriente de difusión.
(2).Defectos e impurezas:Cuando existen defectos en la superficie o en el interior del dispositivo, estos actúan como centros de recombinación, capturando electrones y huecos y facilitando la recombinación. Las impurezas dañinas desempeñan un papel similar, contribuyendo a la formación de corriente oscura.
Impacto
La corriente oscura se suele tener en cuenta durante la clasificación de obleas de silicio. Una corriente oscura excesiva indica una mala calidad de la oblea, como la presencia de numerosos estados superficiales, defectos de red, impurezas dañinas o concentraciones de dopaje demasiado altas. Las células solares fabricadas con estas obleas suelen presentar tiempos de vida de portadores minoritarios cortos, lo que conlleva directamente una baja eficiencia de conversión.
Corriente oscura en células solares
En los diodos simples, la corriente oscura corresponde a la corriente de saturación inversa. En las células solares, sin embargo, la corriente oscura incluye la corriente de saturación inversa, la corriente de fuga de la capa delgada y la corriente de fuga del material a granel.
Corriente de saturación inversa
Definición
La corriente de saturación inversa se refiere a la corriente en una unión PN cuando se aplica una polarización inversa. El voltaje inverso ensancha la capa de agotamiento, aumentando el campo eléctrico y la energía potencial de los electrones. Esto dificulta que los portadores mayoritarios atraviesen la barrera, reduciendo la corriente de difusión a casi cero.
Formación
1. Corriente de deriva: El aumento del campo eléctrico facilita que los portadores minoritarios en las regiones N y P se desplacen, formando una corriente inversa.
2. Dependencia de la temperatura: Dado que los portadores minoritarios se generan térmicamente, su número es constante a una temperatura dada, y también lo es la corriente inversa.
Corriente de fuga
Definición
Las células solares se dividen en tres regiones: capa delgada (región N), capa de agotamiento (unión PN) y región principal (región P). Los defectos e impurezas en estas regiones actúan como centros de recombinación, capturando electrones y huecos para facilitar la recombinación. Este proceso genera pequeñas corrientes que contribuyen a la corriente oscura medida.
Tipos
· Corriente de fuga de capa delgada: causada por defectos e impurezas en la capa delgada.
· Corriente de fuga volumétrica: Causada por defectos e impurezas en la región volumétrica.
Propósito de las pruebas de corriente oscura
1. Prevención de averías
Cuando la celda está polarizada inversamente o la polaridad del módulo está invertida, una corriente oscura excesiva puede provocar una rápida degradación de la celda. Aunque es poco frecuente, medir la corriente oscura ayuda a prevenir este tipo de incidentes.
2. Seguimiento de los procesos de producción
Las pruebas de corriente oscura ayudan a identificar posibles problemas en el proceso. La corriente oscura se compone de la corriente de saturación inversa, la corriente de fuga de capa delgada y la corriente de fuga volumétrica, representadas por J1, J2 y J3, respectivamente.
Cuando se aplica voltaje inverso:
· Región 1: Dominada por J2J_2J2 (corriente de fuga de capa delgada).
· Región 2: Dominada por J3J_3J3 (corriente de fuga masiva).
· Región 3: Dominada por J1J_1J1 (corriente de saturación inversa).
Los límites de estas regiones están determinados por voltajes de prueba específicos.
Efectos de voltaje
Cuando se aplica un voltaje a la celda, se produce una inyección eléctrica en la oblea de silicio, lo que excita a los portadores de carga en desequilibrio. Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la cantidad de portadores excitados, lo que genera una mayor corriente oscura. Sin embargo, la tasa de crecimiento disminuye a medida que aumenta el voltaje hasta que la celda se rompe.
Pruebas estándar
La corriente oscura se suele medir a 12 V. Comparando los resultados de la prueba con las curvas estándar, se puede evaluar el estado de la celda:
• Una corriente oscura excesiva en la Región 1 indica problemas en la capa delgada.
• La presencia de una corriente oscura excesiva en la Región 2 sugiere problemas en la región principal.
• Una corriente oscura excesiva en la Región 3 indica problemas con la unión PN, como difusión, serigrafía o inconsistencias de temperatura.
Conclusión
La medición de la corriente oscura es crucial para identificar problemas relacionados con el proceso y mejorar la producción de células solares.
