Descripción

Las células fotovoltaicas son dispositivos semiconductores de estado sólido que convierten la luz directamente en electricidad.

 

Generalmente se fabrican de silicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre que se obtiene de la arena) con trazas de otros elementos y son primos hermanos de los transistores, los diodos emisores de luz (LED) y otros dispositivos electrónicos.

 

Un dispositivo fotovoltaico (normalmente llamado célula solar) consta de varias capas de materiales semiconductores con diferentes propiedades electrónicas. En una célula policristalina típica, la mayor parte del material es silicio dopado ó contaminado con una pequeña cantidad de boro para darle un carácter positivo, o tipo P. Una capa delgada en el frente de la célula es dopada ó contaminada con fósforo para darle un carácter negativo, o tipo N. La interfaz entre las dos capas contiene un campo eléctrico llamado unión.

 

La luz consiste en partículas llamadas fotones. Cuando incide sobre la célula solar, algunos de los fotones son absorbidos en la región de la unión, liberando electrones en el cristal de silicio. Si los fotones tienen suficiente energía, los electrones podrán superar el campo eléctrico en la unión y quedarán libres para pasar a través del silicio hacía un circuito externo. Al pasar por el circuito externo emiten su energía en forma de trabajo útil (accionando motores, encendiendo lámparas, etc.) y regresan a la célula solar.

 

El proceso fotovoltaico es totalmente de estado sólido y autónomo, No existen piezas móviles y no se consumen o emiten materiales.

 

En un día soleado, una matriz de células solares de un metro cuadrado, expuesto al sol al mediodía recibirá aproximadamente un kilovatio (kW) de potencia. Las células solares monocristalinas de Solar Innova convierten aproximadamente el 20% en electricidad, es decir, un metro cuadrado de células se generan 200 vatios eléctricos en pleno sol.

 

Diferentes tecnologías de células solares tienen diferentes tasas de conversión. La película delgada de silicio amorfo tiene una eficiencia alrededor del 6-8%, el la película delgada con Teluro de Cadmio (CdTe) 8-10%, el silicio policristalino 12-15% y el silicio monocristalino 14-19%. Estas tasas de eficiencia están siendo impulsadas ​​al alza casi todos los años con las nuevas tecnologías más eficientes.

 

Solar Innova sólo produce células monocristalinas y policristalinas. Las diferencias más significativas son:

 Monocristalinas

Se crean a partir de un solo cristal y se cortan de un bloque de cristal que sólo ha crecido en una dirección (un plano). Es más difícil de fabricar, siendo una opción más cara pero con mayor eficiencia que la multicristalina (células policristalinas).

 Policristalina (Multicristalina)

Se crean a partir de un cristal multifacético que se corta a partir de un bloque de cristal crecido en múltiples direcciones, es un poco menos eficiente para las células monocristalinas del mismo tamaño, lo que significa que tiene un área superficial más grande para generar la misma potencia.

 

 Fabricación

La última tecnología en generación de energía eléctrica mediante la energía solar está basada en el silicio, un elemento común que comprende aproximadamente el 25% de la corteza de la Tierra en masa.

 

Las células solares se producen a partir de materias primas de silicio en un proceso de varias etapas. En primer lugar se procesa la arena de cuarzo para producir silicio metalúrgico. Este material se purifica después para conseguir silicio de grado semiconductor o de grado solar, que posteriormente se derrite y forma bloques o barras. El material de silicio reciclable, que incluye restos de porciones de lingotes de silicio descartados, restos de crisoles viejos y lingotes de silicio rotos adquiridos principalmente del sector de los semiconductores y de la energía solar también puede utilizarse como materia prima. Utilizando como materia prima silicio reciclable en la fabricación de los lingotes, es posible abaratar los costes de los materiales. No obstante, el uso de silicio reciclable como materia prima dificulta la producción de lingotes de calidad parecida a los elaborados con monosilicio únicamente.

 

Habitualmente, en los procesos de fabricación de energía solar basados en silicio cristalino, la materia se funde en hornos de altísimas temperaturas y después se forman lingotes por medio de un proceso de cristalización.

 

Los lingotes son cortados en rodajas para producir obleas que forman la base de una célula solar. En el proceso de fabricación se añaden electrodos en la oblea para la conectividad eléctrica. Las obleas se limpian y tratan antes de su introducción en el proceso de fabricación.

 

Con el tratamiento adecuado, se crean diversas capas que producen un campo eléctrico que separa las cargas positivas y negativas cuando incide sobre las mismas la luz solar. Las cargas seguirán estando disponibles para su uso en la dos polos de la célula solar, como en el caso de una batería. Cuando la luz incide en el silicio de alta pureza el efecto provoca la liberación de electrones en los átomos de silicio. Cuando el silicio se forma en una célula solar con electrodos de recolección, el efecto fotovoltaico genera una corriente eléctrica.

 

Breve descripción del proceso de fabricación de las células:

 

1.- Textura y Limpieza

Como regla general, las obleas en la cadena de fabricación de células solares de silicio también se someten a procedimientos químicos húmedos. Las obleas se limpian en un baño de decapado, donde se eliminan las imperfecciones y son texturadas. Otro tratamiento elimina el vidrio de silicato de fósforo, que se forma como un subproducto del proceso de difusión. Estas etapas del proceso pueden llevarse a cabo en línea o en un proceso por lotes. Para esto las obleas se someten a procesos químicos húmedos en una cuenca sintética.

2.- Difusión

A continuación, a través de un proceso térmico, una capa de carga negativa se aplica sobre la carga positiva de las obleas en crudo, todo ello en un horno de difusión. Con una temperatura en el horno de 800-900º C aproximadamente, se aplica gas fosfórico y los átomos de fósforo se difunden en la superficie de la oblea. El dopaje se produce y se crea una capa de superficie cargada negativamente. Como resultado, la oblea tiene dos capas separadas: una capa con carga negativa en la superficie y una capa con carga positiva en la parte inferior.

3.- Aislamiento

Para lograr una clara separación de las capas positivas y negativas, los bordes de las obleas son aislados a través de un proceso de grabado químico, este proceso elimina una capa muy delgada de silicio alrededor de los bordes de la célula solar resultante del proceso de difusión.

4.- Revestimiento Anti-Reflectante

En este paso del proceso las futuras células solares son procesadas en línea o por lotes recubriendolas con nitruro de silicio, lo que le da su color azul típico. La pasivación de las superficies y volúmenes de las obleas de silicio significa que el rendimiento de la célula solar se incrementa significativamente.

5.- Impresión

En un proceso de serigrafía, la pasta de plata se imprime y el aluminio se pega a las superficies frontal y posterior de la célula solar para actuar como contactos, con el contacto frontal unido a un patrón de rejilla para permitir que la luz del sol pueda ser absorbida.

6.- Co-Combustión

Posteriormente, los contactos son conectados a través de un proceso de cocción en un horno de electrodos mediante una cinta transportadora a alta temperatura. La alta temperatura hace que la pasta de plata se adhiera a la superficie de la capa de silicio para formar un contacto eléctrico fiable. La pasta de aluminio en la parte posterior de la celda funciona como un espejo para las partículas que mejora aún más el nivel de eficiencia.

7.- Pruebas y Clasificación

Por último, se completa la fabricación de células solares mediante el ensayo y la clasificación. Las células terminadas se clasifican de acuerdo a los niveles de eficiencia y criterios ópticos. Cada célula se prueba y se asigna a una clase de rendimiento y calidad en función de los resultados de las pruebas.

 

Mediciones:

  • Control de la parte frontal y trasera.

  • Punto caliente, curva IV, electroluminiscencia.

  • Impresión, color, geometría, contaminación, agujeros.

  • Fotoluminiscencia.

  • Inclinación.

  • Micro roturas.

8.- Interconexión

Los módulos solares son ensamblados con la interconexión de múltiples células solares a través de grabaciones y soldaduras, con una configuración eléctrica deseada. Las células están interconectadas, laminadas en vacío, curadas por calor y después empaquetadas en un marco de protección ligero, de aluminio anodizado. Los módulos solares están sellados e impermeabilizados con el fin de que sean capaces de soportar elevados niveles de radiación ultravioleta, humedad y temperaturas extremas.

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