Cómo funcionan las células fotovoltaicas
Algunas partes de este artículo (las relacionadas con la repetida superación de la eficiencia de las células solares por parte de JinkoSolar, ahora por encima del 25% para una célula solar monocristalina TOPCon de tipo n de gran superficie, y luego la repetida superación del 25% por parte de Fraunhofer, y las repetidas afirmaciones de eficiencia del 47%) necesitan ser actualizadas. Por favor, ayude a actualizar este artículo para reflejar los acontecimientos recientes o la nueva información disponible. (Junio 2021)
Esquema de la recogida de carga mediante células solares. La luz se transmite a través de un electrodo conductor transparente creando pares de huecos de electrones, que son recogidos por ambos electrodos. Las eficiencias de absorción y captación de una célula solar dependen del diseño de los conductores transparentes y del grosor de la capa activa[3].
Varios factores afectan al valor de la eficiencia de conversión de una célula, incluyendo su reflectancia, la eficiencia termodinámica, la eficiencia de separación de portadores de carga, la eficiencia de recogida de portadores de carga y los valores de eficiencia de conducción[4][3] Debido a que estos parámetros pueden ser difíciles de medir directamente, se miden en su lugar otros parámetros, incluyendo la eficiencia cuántica, la relación de voltaje en circuito abierto (VOC) y el factor de llenado (descrito a continuación). Las pérdidas por reflectancia se contabilizan en el valor de la eficiencia cuántica, ya que afectan a la “eficiencia cuántica externa”. Las pérdidas por recombinación se contabilizan mediante los valores de eficiencia cuántica, relación VOC y factor de llenado. Las pérdidas resistivas se contabilizan principalmente en el valor del factor de llenado, pero también contribuyen a los valores de la eficiencia cuántica y la relación VOC.
Cuánta energía producen los paneles solares al año
Cambridge Photon Technology es una empresa derivada de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y una de las ocho finalistas del Premio Spinoff 2021. Por desgracia, los fabricantes se enfrentan a límites en cuanto a la eficiencia de los dispositivos. Cambridge Photon Technology, con sede en el Reino Unido, cree haber encontrado una forma de aumentar significativamente la cantidad de electricidad que puede producir el material fotovoltaico de las células solares.Todas las células solares funcionan esencialmente de la misma manera: la luz incide en el dispositivo y energiza los electrones de la célula, haciendo que fluya la corriente eléctrica. El material fotovoltaico preferido es el silicio, que puede absorber una gran parte de la luz solar incidente y convertirla en electricidad. Pero el silicio funciona mejor con los fotones de la parte roja y casi infrarroja del espectro. Los fotones de mayor longitud de onda y menor energía -infrarrojos lejanos, microondas y ondas de radio- no aportan suficiente energía para que fluya la corriente. Los fotones verdes y azules, de menor longitud de onda, contienen más energía de la que puede soportar el silicio, y el exceso de energía se desperdicia en forma de calor.
Qué hacen las células fotovoltaicas
Puntos cuánticosLas células solares de puntos cuánticos conducen la electricidad a través de diminutas partículas de diferentes materiales semiconductores de apenas unos nanómetros de ancho, llamadas puntos cuánticos. Los puntos cuánticos proporcionan una nueva forma de procesar materiales semiconductores, pero es difícil crear una conexión eléctrica entre ellos, por lo que actualmente no son muy eficientes. Sin embargo, son fáciles de convertir en células solares. Pueden depositarse en un sustrato mediante un método de recubrimiento por rotación, un spray o impresoras de rollo a rollo como las que se utilizan para imprimir periódicos.Los puntos cuánticos vienen en varios tamaños y su banda prohibida es personalizable, lo que les permite recoger la luz que es difícil de captar y emparejarse con otros semiconductores, como las perovskitas, para optimizar el rendimiento de una célula solar multijunción (más información sobre ellas más adelante).
Cómo generan electricidad las células fotovoltaicas
Una célula fotovoltaica (FV) es una tecnología de captación de energía que convierte la energía solar en electricidad útil mediante un proceso denominado efecto fotovoltaico. Existen varios tipos de células fotovoltaicas que utilizan semiconductores para interactuar con los fotones entrantes del Sol y generar una corriente eléctrica.
Una célula fotovoltaica se compone de muchas capas de materiales, cada una de ellas con una finalidad específica. La capa más importante de una célula fotovoltaica es la capa semiconductora especialmente tratada. Se compone de dos capas distintas (tipo p y tipo n – véase la figura 3), y es la que realmente convierte la energía del Sol en electricidad útil a través de un proceso llamado efecto fotovoltaico (véase más adelante). A ambos lados del semiconductor hay una capa de material conductor que “recoge” la electricidad producida. Hay que tener en cuenta que la cara posterior o sombreada de la célula puede permitirse el lujo de estar completamente cubierta por el conductor, mientras que la cara frontal o iluminada debe utilizar los conductores con moderación para no bloquear demasiado la radiación solar que llega al semiconductor. La última capa, que se aplica sólo al lado iluminado de la célula, es el revestimiento antirreflectante. Dado que todos los semiconductores son naturalmente reflectantes, las pérdidas por reflexión pueden ser importantes. La solución es utilizar una o varias capas de un revestimiento antirreflectante (similar a los que se utilizan para las gafas y las cámaras) para reducir la cantidad de radiación solar que se refleja en la superficie de la célula[2].