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¿Cuáles son las células fotovoltaicas cristalinas?

marzo 17, 2022
¿Cuáles son las células fotovoltaicas cristalinas?

Silicio cristalino

El silicio cristalino (c-Si) es la forma cristalina del silicio, ya sea silicio policristalino (poli-Si, formado por pequeños cristales), o silicio monocristalino (mono-Si, un cristal continuo). El silicio cristalino es el material semiconductor dominante utilizado en la tecnología fotovoltaica para la producción de células solares. Estas células se ensamblan en paneles solares como parte de un sistema fotovoltaico para generar energía solar a partir de la luz del sol.

En electrónica, el silicio cristalino suele ser la forma monocristalina del silicio, y se utiliza para producir microchips. Este silicio contiene niveles de impurezas mucho más bajos que los necesarios para las células solares. La producción de silicio de grado semiconductor implica una purificación química para producir polisilicio hiperpuro, seguida de un proceso de recristalización para hacer crecer silicio monocristalino. A continuación, las bolas cilíndricas se cortan en obleas para su posterior procesamiento.

Las células solares fabricadas con silicio cristalino se denominan a menudo células solares convencionales, tradicionales o de primera generación, ya que se desarrollaron en la década de 1950 y siguieron siendo el tipo más común hasta la actualidad[1][2] Debido a que se producen a partir de obleas solares de 160-190 μm de grosor -rebanadas de bultos de silicio de grado solar- a veces se denominan células solares basadas en obleas.

De qué están hechos los paneles solares

ResumenLas células fotovoltaicas (FV) de silicio cristalino son las que se utilizan en mayor cantidad de todos los tipos de células solares existentes en el mercado, representando alrededor del 90% de la producción mundial total de células FV en 2008. También se espera que las células solares de silicio cristalino tengan un papel primordial en el futuro mercado fotovoltaico. Este artículo revisa las tecnologías actuales utilizadas para la producción y aplicación de células fotovoltaicas de silicio cristalino. La mayor eficiencia de conversión de energía registrada hasta ahora para las células fotovoltaicas de silicio cristalino en investigación es del 25%. Las células industriales estándar, sin embargo, siguen limitadas al 15-18%, con la excepción de algunas células de alta eficiencia capaces de alcanzar eficiencias superiores al 20%. Las células fotovoltaicas de investigación de alta eficiencia tienen ventajas en cuanto a rendimiento, pero a menudo son inadecuadas para la producción de bajo coste debido a sus complejas estructuras y a los largos procesos de fabricación requeridos para su elaboración. Se comparan y discuten varias tecnologías para células fotovoltaicas monocristalinas y policristalinas con respecto a las correspondientes tecnologías de materiales, como la producción de lingotes y obleas de silicio. La alta eficiencia de conversión de energía y el bajo coste de procesamiento sólo pueden lograrse simultáneamente mediante el desarrollo de tecnologías y equipos de producción avanzados, y se revisan algunas de las últimas tecnologías que podrían conducir a eficiencias superiores al 25% y a costes de producción comercialmente viables.

Por qué se utiliza el silicio en las células solares

La mayoría de los paneles solares que se comercializan hoy en día para sistemas de energía solar residenciales pueden clasificarse en tres categorías: paneles solares monocristalinos, paneles solares policristalinos y paneles solares de capa fina.

Las células solares de silicio monocristalino se fabrican mediante el método Czochralski, en el que se introduce un cristal de silicio «semilla» en una cuba de silicio puro fundido a alta temperatura.

Hoy en día, hay varias variedades de paneles solares monocristalinos en el mercado para elegir. Las células de contacto trasero y emisor pasivo, más conocidas como células PERC, se están convirtiendo en una opción monocristalina cada vez más popular. Las células PERC pasan por un proceso de fabricación y montaje diferente que aumenta la cantidad de electricidad que pueden producir las células.

Los paneles solares de capa fina se fabrican depositando una fina capa de una sustancia fotovoltaica sobre una superficie sólida, como el vidrio. Algunas de estas sustancias fotovoltaicas son el silicio amorfo (a-Si), el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y el teluro de cadmio (CdTe). Cada uno de estos materiales crea un «tipo» diferente de panel solar, pero todos se engloban en el ámbito de las células solares de película fina.

Historia de las células solares

Con una cuota de mercado mundial de aproximadamente el 90%, el silicio cristalino es, con diferencia, la tecnología fotovoltaica más importante en la actualidad. Este artículo repasa el dinámico campo de la fotovoltaica de silicio cristalino desde la perspectiva de la ingeniería de dispositivos. En primer lugar, se analizan los factores clave responsables del éxito de la clásica célula solar de homojunción de silicio con dopante. A continuación, se analizan dos arquitecturas arquetípicas de dispositivos de alta eficiencia -la célula de silicio de contacto posterior interdigitado y la célula de heterounión de silicio- que han demostrado eficiencias de conversión de energía superiores al 25%. Por último, se ofrece un resumen actualizado de las vías recientes más prometedoras para mejorar la eficiencia y reducir los costes empleando nuevos esquemas de contacto pasivo selectivo de portadores, así como arquitecturas de multiunión en tándem, en particular las que combinan absorbentes de silicio con materiales de perovskita orgánicos-inorgánicos.

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