Las células o celdas solares son dispositivos que convierten energía solar en electricidad, ya sea directamente vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química. Existen varias formas de celdas solares. La forma más común se basa en el efecto fotovoltaico. Esto consiste en que la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas.
Este voltaje es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo útil. Este es el principio básico de una celda solar.
Antecedentes
Las celdas solares eficientes han estado disponibles desde mediados de los años 50. La investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico francés Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas. Pero no fue hasta 1905 que se obtuvo una comprensión más profunda de los principios científicos, provista por Albert Einstein y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas.
Las celdas solares eficientes han estado disponibles desde mediados de los años 50. La investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico francés Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas. Pero no fue hasta 1905 que se obtuvo una comprensión más profunda de los principios científicos, provista por Albert Einstein y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas.
Finalmente en 1954 fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller una célula solar de silicio que convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958. Desde entonces se siguen desarrollando diferentes técnicas para hacer más eficientes las celdas solares para sus diversas aplicaciones.
Tipos de Celdas Solares
Para elaborar celdas de silicio es necesario contar con una de estas tres cosas, planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o láminas delgadas. Y el procedimiento es el siguiente:
* Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milímetro espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400°C, este es un proceso muy costoso aparte que el silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta. Nota: Por las complicaciones y altos costos que existen a la hora de construir este tipo de estructuras los avances tecnológicos que se están realizando actualmente se enfocan más en las planchas policristalinas
*Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Es importante señala que en este metodo de fabricación el rendimiento es más bajo debido a las imperfecciones en la estructura cristalina resultando del proceso de moldeo, por lo que son menos eficientes que las planchas monocristalinas.
Una similitud que comparten los dos procesos anteriormente mencionados, es que casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado.
Sobre las Planchas Policristalinas o láminas delgadas.
Una de las tecnologías de lámina delgada, es el silicio amorfo, el cual es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4).. Este tipo de célula solar se puede aplicar como película a substratos del bajo costo tales como cristal o plástico.
Otras tecnologías de lámina delgada incluyen lámina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. Las celdas de lámina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposición y un ensamblado más fácil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construcción baratos, la facilidad de la producción en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones grandes.
En la producción de estas celdas se le introducen átomos de impurezas (dopado) para crear una región tipo p y una región tipo n de modo de producir una unión p-n. El dopado se puede hacer por difusión a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor.
Hay muchos otros métodos de dopar el silicio. En la fabricación de algunos dispositivos de lámina delgada la introducción de dopantes puede ocurrir durante la deposición de las láminas o de las capas.
Proceso de dopaje y construcción de las Celdas.
Para entender mejor el método de celdas delgadas es necesario conocer información química sobre el silicio. Un átomo del silicio tiene cuatro electrones de valencia (aquellos más débilmente unidos), que enlazan a los átomos adyacentes.
Substituyendo un átomo del silicio por un átomo que tenga tres o cinco electrones de la valencia producirá un espacio sin un electrón (un agujero) o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros, ésta es la base del dopaje.
En el dopaje tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con tres electrones de valencia, generalmente se utiliza boro.
En el dopaje de tipo n, la creación de electrones adicionales es alcanzada incorporando un átomo con 5 electrones de valencia, generalmente fósforo.
Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas finas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.
¿Como se transforma la energia solar en eléctrica?
Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol n. Las celdas solares están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n.
La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno.
Por lo tanto si se hace un circuito, se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.
Una vez comprendido lo anterior, es posible abordar el funcionamiento de las celdas el cual comiensa Cuando una celda es expuesta a la luz (se expone el lado negativo), si los fotones que llegan a la superficie tienen una energía mayor que la necesaria para liberar a un electrón desde la red de la cual forman parte, surge una corriente de foto electrones. Debe ocurrir que la energía de los fotones sea mayor que la energía de ligazón de los electrones al material, que exista una juntura semiconductora que impida la recombinación de portadores positivos y negativos, y que la vida media de los portadores permita sostener un flujo de corriente a través de una carga útil.
La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno.
Por lo tanto si se hace un circuito, se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.
Una vez comprendido lo anterior, es posible abordar el funcionamiento de las celdas el cual comiensa Cuando una celda es expuesta a la luz (se expone el lado negativo), si los fotones que llegan a la superficie tienen una energía mayor que la necesaria para liberar a un electrón desde la red de la cual forman parte, surge una corriente de foto electrones. Debe ocurrir que la energía de los fotones sea mayor que la energía de ligazón de los electrones al material, que exista una juntura semiconductora que impida la recombinación de portadores positivos y negativos, y que la vida media de los portadores permita sostener un flujo de corriente a través de una carga útil.
Nombre: Edymar Gonzalez A
EES
http://lunabond.blogspot.com/2007/09/tecnologa-de-celdas-solares.html
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