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¿Cómo se forma una celda fotovoltaica?

marzo 16, 2022
¿Cómo se forma una celda fotovoltaica?

Células solares británicas

El proceso de fabricación de las células fotovoltaicas convencionales de silicio monocristalino y policristalino comienza con polisilicio de grado semiconductor muy puro, un material procesado a partir del cuarzo y muy utilizado en la industria electrónica. A continuación, el polisilicio se calienta hasta la temperatura de fusión y se añaden trazas de boro a la masa fundida para crear un material semiconductor de tipo P. A continuación, se forma un lingote o bloque de silicio, normalmente mediante uno de los dos métodos siguientes: 1) haciendo crecer un lingote de silicio cristalino puro a partir de un cristal semilla extraído del polisilicio fundido o 2) fundiendo el polisilicio fundido en un bloque, creando un material de silicio policristalino. A continuación, las obleas individuales se cortan de los lingotes con sierras de hilo y se someten a un proceso de grabado superficial. Después de limpiar las obleas, se introducen en un horno de difusión de fósforo, creando una fina capa semiconductora de tipo N alrededor de toda la superficie exterior de la célula. A continuación, se aplica un revestimiento antirreflectante a la superficie superior de la célula y se imprimen contactos eléctricos en la superficie superior (negativa) de la célula. En la superficie posterior (positiva) de cada célula se deposita un material conductor aluminizado que restablece las propiedades de tipo P de la superficie posterior desplazando la capa de fósforo difundida. A continuación, cada célula se somete a pruebas eléctricas, se clasifica en función de la salida de corriente y se conecta eléctricamente a otras células para formar circuitos de células para su montaje en módulos fotovoltaicos.

Historia de las células solares

Aunque los paneles solares realizan la difícil tarea de generar energía solar a partir del sol, la construcción de un panel solar es bastante sencilla cuando se realiza de forma profesional en una fábrica bien gestionada. Los principales componentes de un panel solar son las células solares, el silicio, el metal y el vidrio. Cada uno de estos componentes se combina para formar un panel solar que pueda generar energía renovable.

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Permítanos explicarle paso a paso cómo y dónde se fabrican los paneles solares, desde las células fotovoltaicas hasta el armazón, antes de ser enviados para que un contratista los instale en su tejado.

Puede encontrar fabricantes de paneles solares en muchos lugares, desde Estados Unidos hasta Europa, pero la mayoría de los paneles solares se fabrican en varios países de Asia. Al igual que muchas industrias, el traslado de la fabricación a países con menores costes laborales se ha convertido en una práctica habitual en los últimos años.

Veamos algunos ejemplos de paneles solares para hacernos una idea de los lugares de fabricación. Las marcas de mayor calidad son Panasonic y Mission Solar. Los paneles solares de Panasonic se fabrican en Estados Unidos y Malasia, mientras que los de Mission Solar se fabrican estrictamente en Estados Unidos.

Tipos de células solares

Una célula solar está formada por dos tipos de semiconductores, denominados silicio tipo p y tipo n. El silicio de tipo p se produce añadiendo átomos -como el boro o el galio- que tienen un electrón menos en su nivel de energía exterior que el silicio.    Como el boro tiene un electrón menos del necesario para formar los enlaces con los átomos de silicio circundantes, se crea una vacante de electrones o “agujero”.

El silicio de tipo n se fabrica incluyendo átomos que tienen un electrón más en su nivel externo que el silicio, como el fósforo. El fósforo tiene cinco electrones en su nivel de energía exterior, no cuatro. Se une a sus átomos vecinos de silicio, pero un electrón no participa en la unión. En cambio, es libre de moverse dentro de la estructura del silicio.

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Una célula solar está formada por una capa de silicio de tipo p colocada junto a una capa de silicio de tipo n (Fig. 1). En la capa de tipo n, hay un exceso de electrones, y en la capa de tipo p, hay un exceso de huecos con carga positiva (que son vacantes debido a la falta de electrones de valencia). Cerca de la unión de las dos capas, los electrones de un lado de la unión (capa tipo n) se desplazan hacia los huecos del otro lado de la unión (capa tipo p). Esto crea un área alrededor de la unión, llamada zona de agotamiento, en la que los electrones llenan los huecos (Fig. 1, primer plano).

Cómo funciona una célula solar

Hemos recorrido un largo camino para comprender los semiconductores y ver cómo se relacionan con la fabricación de células solares. Una célula solar es esencialmente una unión PN con una gran superficie. El material de tipo N se mantiene delgado para permitir que la luz pase a través de la unión PN.

La luz viaja en paquetes de energía llamados fotones. La generación de corriente eléctrica se produce dentro de la zona de agotamiento de la unión PN. La zona de agotamiento, como se ha explicado anteriormente con el diodo, es el área alrededor de la unión PN donde los electrones del silicio tipo N, se han difundido hacia los huecos del material tipo P. Cuando un fotón de luz es absorbido por uno de estos átomos en el silicio tipo N, desalojará un electrón, creando un electrón libre y un agujero. El electrón libre y el agujero tienen suficiente energía para saltar fuera de la zona de agotamiento. Si se conecta un cable desde el cátodo (silicio tipo N) al ánodo (silicio tipo P), los electrones fluirán a través del cable. El electrón es atraído por la carga positiva del material tipo P y viaja a través de la carga externa (medidor) creando un flujo de corriente eléctrica. El agujero creado por el electrón desalojado es atraído por la carga negativa del material tipo N y migra hacia el contacto eléctrico posterior. Cuando el electrón entra en el silicio de tipo P desde el contacto eléctrico posterior, se combina con el agujero restaurando la neutralidad eléctrica.

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