La generació d'energia solar, com a solució líder en energia neta, ha rebut una atenció significativa de la indústria. Si us interessa, aprofundim en l'estructura de les cèl·lules solars i els materials fotovoltaics relacionats.
La generació d'energia solar, sovint anomenada cèl·lules solars, converteix directament la llum solar en electricitat. En els panells solars, els fotons del sol desallotgen electrons dels enllaços atòmics dels materials semiconductors. Quan aquests electrons es veuen obligats a moure's en la mateixa direcció, generen un corrent elèctric que pot alimentar dispositius electrònics o bé alimentar la xarxa elèctrica.
Des que el físic francès Alexandre-Edmond Becquerel va teoritzar per primera vegada la tecnologia fotovoltaica el 1839, la generació d'energia solar ha estat un tema clau de recerca. Avui dia, amb importants equips de recerca dels Estats Units, Japó i Europa que acceleren la comercialització dels seus sistemes solars, el mercat internacional de la indústria fotovoltaica continua expandint-se.
Mòduls fotovoltaics
Tot i que els materials dels sistemes fotovoltaics varien, tots els mòduls consten de diverses capes des de la part frontal fins a la posterior. La llum solar primer passa a través d'una capa protectora (normalment vidre) i després a través d'una capa de contacte transparent fins a la cèl·lula. Al centre del mòdul hi ha el material absorbent, que captura fotons per generar corrent elèctric. El tipus de material semiconductor utilitzat depèn de les necessitats específiques del sistema fotovoltaic.
Sota el material absorbent hi ha la capa metàl·lica posterior, que completa el circuit elèctric. Sota la capa metàl·lica hi ha una capa de pel·lícula composta, que impermeabilitza i aïlla el mòdul. Els mòduls fotovoltaics sovint estan equipats amb una capa protectora posterior addicional feta de vidre, aliatge d'alumini o plàstic.
Materials semiconductors
Els materials semiconductors en sistemes fotovoltaics poden ser silici, pel·lícules primes policristal·lines o pel·lícules primes monocristal·lines. Els materials de silici inclouen silici monocristal·lí, silici policristal·lí i silici amorf. El silici monocristal·lí, amb la seva estructura regular, té una eficiència de conversió fotovoltaica més alta que el silici policristal·lí.
En el silici amorf, els àtoms de silici es distribueixen aleatòriament, cosa que resulta en una eficiència de conversió més baixa en comparació amb el silici monocristal·lí. Tanmateix, el silici amorf pot capturar més fotons, i aliar-lo amb elements com el germani o el carboni pot millorar aquesta propietat.
El diseleniur de coure i indi (CIS), el tel·lurur de cadmi (CdTe) i el silici de capa fina són materials de capa fina policristal·lins que s'utilitzen habitualment. Els materials d'alta eficiència com l'arseniur de gal·li (GaAs) sovint incorporen pel·lícules primes de silici monocristal·lí. Aquests materials es seleccionen per a aplicacions fotovoltaiques específiques en funció de propietats úniques com la cristal·linitat, la mida de la banda prohibida, les capacitats d'absorció i la facilitat de processament.
Factors externs que afecten els semiconductors
La disposició atòmica en una estructura cristal·lina determina la cristal·linitat dels materials semiconductors, cosa que afecta directament el transport de càrrega, la densitat de corrent i l'eficiència de conversió d'energia de les cèl·lules solars. La banda prohibida dels materials semiconductors es refereix a l'energia mínima necessària per moure els electrons d'un estat enllaçat a un estat lliure (permetent la conducció). La banda prohibida, normalment denotada com a Eg, descriu la diferència d'energia entre la banda de valència (baixa energia) i la banda de conducció (alta energia).
El coeficient d'absorció quantifica la distància que un fotó d'una longitud d'ona determinada pot penetrar en un medi abans de ser absorbit. Està determinat pel material de la cèl·lula i la longitud d'ona del fotó absorbit.
El cost i la facilitat de processar diversos materials i dispositius semiconductors depenen de nombrosos factors, com ara el tipus i l'escala dels materials utilitzats, els cicles de producció i les característiques de migració de la cèl·lula a la cambra de deposició. Cada factor juga un paper crucial per satisfer les necessitats específiques de generació fotovoltaica.
