La generación de energía solar, como solución líder en energía limpia, ha captado una atención considerable por parte de la industria. Si te interesa, profundicemos en la estructura de las células solares y los materiales fotovoltaicos relacionados.
La generación de energía solar, también conocida como células solares, convierte directamente la luz solar en electricidad. En los paneles solares, los fotones del sol desprenden electrones de los enlaces atómicos de los materiales semiconductores. Cuando estos electrones se ven obligados a moverse en la misma dirección, generan una corriente eléctrica que puede alimentar dispositivos electrónicos o inyectarse a la red eléctrica.
Desde que el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel teorizó por primera vez sobre la tecnología fotovoltaica en 1839, la generación de energía solar ha sido un tema clave de investigación. Hoy en día, con importantes equipos de investigación de Estados Unidos, Japón y Europa acelerando la comercialización de sus sistemas solares, el mercado internacional de la industria fotovoltaica continúa expandiéndose.
Módulos fotovoltaicos
Aunque los materiales de los sistemas fotovoltaicos varían, todos los módulos constan de varias capas, desde la parte frontal hasta la posterior. La luz solar primero atraviesa una capa protectora (generalmente vidrio) y luego una capa de contacto transparente hasta llegar a la celda. En el centro del módulo se encuentra el material absorbente, que captura los fotones para generar corriente eléctrica. El tipo de material semiconductor utilizado depende de las necesidades específicas del sistema fotovoltaico.
Debajo del material absorbente se encuentra la capa metálica posterior, que completa el circuito eléctrico. Debajo de esta capa metálica hay una película compuesta que impermeabiliza y aísla el módulo. Los módulos fotovoltaicos suelen estar equipados con una capa protectora adicional de vidrio, aleación de aluminio o plástico.
Materiales semiconductores
Los materiales semiconductores en los sistemas fotovoltaicos pueden ser silicio, películas delgadas policristalinas o películas delgadas monocristalinas. Los materiales de silicio incluyen silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo. El silicio monocristalino, con su estructura regular, tiene una mayor eficiencia de conversión fotovoltaica que el silicio policristalino.
En el silicio amorfo, los átomos de silicio se distribuyen aleatoriamente, lo que resulta en una menor eficiencia de conversión en comparación con el silicio monocristalino. Sin embargo, el silicio amorfo puede capturar más fotones, y su aleación con elementos como el germanio o el carbono puede mejorar esta propiedad.
El diselenuro de cobre e indio (CIS), el telururo de cadmio (CdTe) y el silicio en película delgada son materiales policristalinos de película delgada de uso común. Los materiales de alta eficiencia, como el arseniuro de galio (GaAs), suelen incorporar películas delgadas de silicio monocristalino. Estos materiales se seleccionan para aplicaciones fotovoltaicas específicas en función de propiedades únicas como la cristalinidad, el tamaño de la banda prohibida, la capacidad de absorción y la facilidad de procesamiento.
Factores externos que afectan a los semiconductores
La disposición atómica en una estructura cristalina determina la cristalinidad de los materiales semiconductores, lo que influye directamente en el transporte de carga, la densidad de corriente y la eficiencia de conversión de energía de las células solares. La banda prohibida de los materiales semiconductores se refiere a la energía mínima necesaria para que los electrones pasen de un estado ligado a un estado libre (permitiendo la conducción). La banda prohibida, generalmente denotada como Eg, describe la diferencia de energía entre la banda de valencia (baja energía) y la banda de conducción (alta energía).
El coeficiente de absorción cuantifica la distancia que un fotón de una longitud de onda determinada puede penetrar en un medio antes de ser absorbido. Está determinado por el material de la célula y la longitud de onda del fotón absorbido.
El costo y la facilidad de procesamiento de diversos materiales y dispositivos semiconductores dependen de numerosos factores, como el tipo y la cantidad de materiales utilizados, los ciclos de producción y las características de migración de la celda en la cámara de deposición. Cada factor desempeña un papel crucial para satisfacer las necesidades específicas de generación fotovoltaica.
