TIPOS DE CONDUCTORES PARA PANELES FOTOVOLTAICOS

Cmo funciona una celda solar?

Transforman directamente la energa solar en energa elctrica. Energa resultante de reacciones nucleares de fusin.

Su funcionamiento se basa en la diferencia de potencial que surge en una juntura PN. En una celda convencional de silicio, tal juntura se logra poniendo en contacto ntimo silicio cristalino de alta pureza dopado o contaminado con impurezas de diferente tipo (frontera de las regiones + y en la figura 3). En un caso las impurezas proporcionan un exceso de electrones en relacin al material sin impurezas (silicio tipo N). En el otro, ocasionan un defecto de electrones (o la aparicin de huecos) formando el silicio tipo P. Cuando se forma un contacto ntimo a nivel atmico entre ambos tipos de silicio, cierto nmero de los electrones en exceso migran hacia la regin de huecos, formando pares electrn-hueco y dando origen a una barrera de potencial interna que impide cualquier posible migracin posterior.

Figura 3.Izq.Celda solar convencional de silicio;Der.Distribucin de las diferentes capas de la celda.

Un haz de luz incidente sobre la juntura es capaz de separar los pares electrn-hueco y forzar los electrones a saltar la barrera de potencial, creando una fuerza electromotriz (FEM) en los contactos externos de la celda. Si los contactos se conectan a un circuito externo cualquiera (por ejemplo, que contenga una resistencia) la FEM se comportar igual a la de una batera convencional; aparece una corriente elctrica (contraria al movimiento de los electrones en la figura 3). La corriente durar todo el tiempo que la juntura se mantenga iluminada.Hay elementos adicionales que se deben tomar en cuenta para garantizar el funcionamiento de la celda. El silicio es un material muy reflectante, y gran parte de la los fotones incidentes se reflejan en su superficie sin que se puedan aprovechar para generar corriente. Para evitar esto se utilizan capas antirreflectantes, que logran reducir las prdidas luminosas a menos de un 5 por ciento.Las celdas se conectan en arreglos en serie y paralelo (usualmente de 36 celdas cada uno) para alcanzar niveles adecuados de voltaje y corriente. Finalmente, las celdas se colocan en un panel rgido con electrodos para las conexiones al circuito externo. Una cubierta de vidrio protege todo el dispositivo de la accin del medio ambiente.

Elaboracin de Celdas Solares de Diseleneuro de Cobre Indio y Galio(CuInGaSe2, mediante tcnicas qumicas y electroqumicas

El desarrollo de celdas de pelicula delgada, basadas en Diselenuro decobre indio ofrecen diversas ventajas: Se emplea menos material del utilizado con silicio La vida de este tipo de celdas se encuentra entre 15 a 20 anos. La estabilidad es de estos materiales es adecuada. El coeficiente de absorcion del CuInSe2 es de los mayores. Actualmente se han desarrollado celdas de este tipo con eficienciascercanas al 21% (NREL,2008) en aereas de aprox. 1 cm2. Comercialmente se han alcanzado eficiencias cercanas al 13%. Existen dos tipos de tecnicas, para su crecimiento, evaporacion yelectrodeposito, que la industria esta desarrollando.Elaboracin de Celdas Solares de Diseleneuro de Cobre Indio y Galio(CuInGaSe2, mediante tcnicas qumicas y electroqumicas. El desarrollo de celdas de pelicula delgada, basadas en Diselenuro decobre indio ofrecen diversas ventajas: Se emplea menos material del utilizado con silicio La vida de este tipo de celdas se encuentra entre 15 a 20 anos. La estabilidad es de estos materiales es adecuada. El coeficiente de absorcion del CuInSe2 es de los mayores. Actualmente se han desarrollado celdas de este tipo con eficienciascercanas al 21% (NREL,2008) en aereas de aprox. 1 cm2. Comercialmente se han alcanzado eficiencias cercanas al 13%. Existen dos tipos de tecnicas, para su crecimiento, evaporacion yelectrodeposito, que la industria esta desarrollando.LA TECNOLOGA CIGSLas clulas solares utilizan el efecto fotovoltaico para transformar la luz solar en energa elctrica. As, un material semiconductor (unin pn) absorbe fotones de luz generando pares electrnhueco que forman la corriente elctrica. Este material semiconductor se sita entre dos electrodos que conducen la corriente. Las clulas solares CIGS concretamente, se componen de un electrodo trasero de molibdeno (Mo), una capa absorbedora de luz, semiconductor p, que consiste en el compuesto calcopirita (Cu (InGa)Se2), una capa buffer, semiconductor n, de sulfuro de cadmio (CdS) u oxisulfuro de zinc (Zn(O,S)), y un contacto frontal formado a su vez por una capa muy delgada de alta resistividad de xido de zinc (ZnO) y una capa transparente conductora de xido de zinc dopado con aluminio (ZnO:Al).

Estas clulas, pueden ser fabricadas de diferentes maneras: mediante tcnicas de vaco tales como coevaporacin o sputtering, o mediante tcnicas hmedas tales como electrodeposicin o printing. Dentro de las tecnologas de fabricacin de las clulas CIGS, la tecnologa de sputtering presenta numerosas ventajas cuando es trasladada a procesos industriales, ya que permite recubrir grandes reas con procesos estables. Esta tecnologa es apta para ser aplicada no slo sobre substratos rgidos (por ejemplo, vidrio) sino tambin sobre substratos flexibles (por ejemplo, metales o polmeros) permitiendo la utilizacin de procesos de fabricacin roll to roll con altos rendimientos, lo que contribuye considerablemente a la disminucin de costes. Adems, las clulas solares flexibles tienen una amplia utilizacin en integracin arquitectnica debido a su adaptacin a todo tipo de superficies.

Aunque todas las capas contribuyen a la eficiencia final de la clulas, las propiedades estructurales, pticas y elctricas de la capa absorbedora de Cu (In Ga) Se2 son de suma importancia para la fabricacin de clulas de alta eficiencia. Para que las capas sean activas para aplicaciones fotovoltaicas es necesaria la formacin de la fase del compuesto calcopirita. La composicin relativa de los componentes metlicos es crtica para la formacin de esta fase; puede haber un ligero exceso de In pero no de Cu. Las clulas rcord se han obtenido con una composicin de Cu/(Ga+In)=08-0.95 y Ga/(Ga+In) = 025-03.

Para lograr la implantacin final de esta tecnologa a nivel industrial se necesita un mejor conocimiento de la relacin entre las propiedades del material y las condiciones de deposicin. La experiencia e investigacin de IK4TEKNIKER en esta lnea est permitiendo el desarrollo de procesos estables con costes de fabricacin competitivos.

Ejemplo de la fabricacin de una clula CIGSUn ejemplo de la fabricacin de una clula CIGS consistira en un contacto trasero de molibdeno entre 500 y 1.500 nanmetros (nm) de espesor, metal que tolera las condiciones corrosivas a elevadas temperaturas del proceso de selenizacin. Esta capa se deposita mediante magnetrn sputtering DC en una o dos etapas. Para evitar la difusin de componentes del substrato hacia el absorbedor que disminuyen la eficiencia final de la clula se deposita entre el substrato y el contacto de molibdeno una barrera de difusin de Si4N3 mediante DC magnetrn sputtering reactivo.

Las capas absorbedoras Cu Ga In Se se depositan mediante un proceso rpido en dos pasos. El primer paso evapora los componentes elementales del CIGS y el segundo paso realiza la difusin de los componentes elementales para la formacin de la fase del compuesto calcopirita. Los componentes metlicos Cu Ga e In se depositan mediante magnetrn sputtering DC y la deposicin del selenio se realiza en una cmara separada, mediante la evaporacin trmica de selenio elemental. La difusin de los componentes se realiza mediante el calentamiento rpido de la muestra en un horno con lmparas halgenas. Se utiliza un recipiente de grafito para asegurar la homogeneidad del calentamiento. El espesor total de la capa est en torno a 2,5 micras (m). La capa buffer tipo n de CdS se utiliza para formar la heterounin pn. Esta capa es depositada mediante un bao qumico (CBD) a partir de una sal de acetato de cadmio y tiene un espesor de 5080 nm.

Para terminar el dispositivo, se deposita el contacto frontal formado por un capa ms resistiva de xido de zinc intrnseco de unos 50 nm de espesor que evita la formacin de cortocircuitos y una capa de baja resistividad de xido de zinc dopado con aluminio (AZO) de 500 nm de espesor, ambas depositadas mediante magnetrn sputtering RF.Aunque las clulas CIGS estn perfectamente definidas a nivel de laboratorio, y varios grupos inversores apuestan por esta tecnologa de fabricacin, existen aun varios retos tecnolgicos pendientes de ser superados