A xeración de enerxía solar, como solución líder en enerxía limpa, atraeu unha atención significativa por parte da industria. Se che interesa, afondemos na estrutura das células solares e os materiais fotovoltaicos relacionados.
A xeración de enerxía solar, a miúdo denominada células solares, converte directamente a luz solar en electricidade. Nos paneis solares, os fotóns do sol desprazan os electróns das ligazóns atómicas dos materiais semicondutores. Cando estes electróns se ven obrigados a moverse na mesma dirección, xeran unha corrente eléctrica que pode alimentar dispositivos electrónicos ou introducirse na rede eléctrica.
Desde que o físico francés Alexandre-Edmond Becquerel teorizou por primeira vez sobre a tecnoloxía fotovoltaica en 1839, a xeración de enerxía solar foi un tema clave de investigación. Hoxe en día, con importantes equipos de investigación dos Estados Unidos, Xapón e Europa acelerando a comercialización dos seus sistemas solares, o mercado internacional da industria fotovoltaica continúa a expandirse.
Módulos fotovoltaicos
Aínda que os materiais dos sistemas fotovoltaicos varían, todos os módulos constan de varias capas desde a parte frontal ata a traseira. A luz solar pasa primeiro a través dunha capa protectora (xeralmente vidro) e despois a través dunha capa de contacto transparente cara á propia célula. No centro do módulo atópase o material absorbente, que captura fotóns para xerar corrente eléctrica. O tipo de material semicondutor empregado depende das necesidades específicas do sistema fotovoltaico.
Debaixo do material absorbente atópase a capa metálica traseira, que completa o circuíto eléctrico. Debaixo da capa metálica hai unha capa de película composta que impermeabiliza e illa o módulo. Os módulos fotovoltaicos adoitan estar equipados cunha capa protectora posterior adicional feita de vidro, aliaxe de aluminio ou plástico.
Materiais semicondutores
Os materiais semicondutores nos sistemas fotovoltaicos poden ser silicio, películas delgadas policristalinas ou películas delgadas monocristalinas. Os materiais de silicio inclúen silicio monocristalino, silicio policristalino e silicio amorfo. O silicio monocristalino, coa súa estrutura regular, ten unha maior eficiencia de conversión fotovoltaica que o silicio policristalino.
No silicio amorfo, os átomos de silicio distribúense aleatoriamente, o que resulta nunha menor eficiencia de conversión en comparación co silicio monocristalino. Non obstante, o silicio amorfo pode capturar máis fotóns e a súa aliaxe con elementos como o xermanio ou o carbono pode mellorar esta propiedade.
O diseleniuro de cobre e indio (CIS), o telururo de cadmio (CdTe) e o silicio de película fina son materiais de película fina policristalinos de uso común. Os materiais de alta eficiencia, como o arseniuro de galio (GaAs), adoitan incorporar películas finas de silicio monocristalino. Estes materiais son seleccionados para aplicacións fotovoltaicas específicas en función de propiedades únicas como a cristalinidade, o tamaño da banda prohibida, as capacidades de absorción e a facilidade de procesamento.
Factores externos que afectan aos semicondutores
A disposición atómica nunha estrutura cristalina determina a cristalinidade dos materiais semicondutores, o que inflúe directamente no transporte de carga, a densidade de corrente e a eficiencia de conversión de enerxía das células solares. A banda prohibida dos materiais semicondutores refírese á enerxía mínima necesaria para mover os electróns dun estado ligado a un estado libre (permitindo a condución). A banda prohibida, normalmente denotada como Eg, describe a diferenza de enerxía entre a banda de valencia (baixa enerxía) e a banda de condución (alta enerxía).
O coeficiente de absorción cuantifica a distancia que un fotón dunha determinada lonxitude de onda pode penetrar nun medio antes de ser absorbido. Está determinado polo material da célula e a lonxitude de onda do fotón absorbido.
O custo e a facilidade de procesamento de diversos materiais e dispositivos semicondutores dependen de numerosos factores, incluíndo o tipo e a escala dos materiais empregados, os ciclos de produción e as características de migración da célula na cámara de deposición. Cada factor xoga un papel crucial para satisfacer as necesidades específicas de xeración fotovoltaica.
