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Capas de celdas solares fotovoltaicas

por: Eliseo Sebastian
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Estructura de los paneles solares fotovoltaicos

Tipos de Paneles Solares Fotovoltaicas

1 -Generalidades

Las «células solares» también conocidas como «celdas solares» son cristalinas y se dividen en Policristalinas, Monocristalinas y Amorfas, de los que escribimos más abajo.

Veamos antes de cuántas capas o partes las fabrican, aceptando que pudiese haber métodos y tecnologías similares para responder lo mismo: Transformar la luz en electricidad.

Capas N y P en Celdas Solares Fotovoltaicas

2. -Construcción de las células

Observando la estructura de una célula fotovoltaica, es posible apreciar dos zonas o dos capas a similitud de emparedado o galleta (bocadillo, emparedado): Capa ‘N’ y capa ‘P’.

Por la posición de trabajo, la capa ‘N’ de la parte superior tiene un grosor apenas de milésima de milímetros, mientras que la capa ‘P’ soporte de la célula, tiene un grosor de 0.1 a 0.5 mm y son mayormente de material silicio monocristalino, silicio policristalino o amorfo o capa delgada. La capa ‘N’ donde invade la luz del sol está dopada (bañada) de fósforo, mientras que la capa ‘P’ está dopada mayormente con boro o galio.

En las caras exteriores de cada capa se encuentran instaladas finas láminas de contactos metálicos de aluminio o plata que ayudan las interconexiones en la célula. Así está construida una célula solar fotovoltaica.

Zonas P y N de celda solar

En la zona o capa ‘N’ este contacto tiene la forma de rejillas para permitir el ingreso de los rayos de luz que comentamos más adelante.

Para completar la estructura de esta célula, la cara superior de la zona ‘N’, en la que impactan los fotones de la luz solar (radiación) tiene un tratamiento antirreflectante con un mecanismo superficial similar a pirámides en miniatura con el fin de minimizar las pérdidas de radiación en el momento del impacto solar sobre la célula.

3. -Tipos de células

3.1 Las Policristalinas 

Que las fabrican por el proceso llamado Siemens con inyección de hidrógeno en cámaras cerradas y varillas limpias de material mineral puro llamado Silicio de grado Electrónico calentando a más de 1000 °C compuesto de un gran número de cristales. 

Estas son las más eficientes y las más caras de producir. También son rígidos y deben ser montadas en una estructura rígida para su protección.

3.2 Las Monocristalinas

Las fabrican mayormente por el proceso llamado Czochralski que consiste en un procedimiento de alimentación de la materia prima trozos de Silicio fundido a más de 1000 °C  que se cortan de un solo cristal de silicio que son efectivamente una tajada de un cristal. Su apariencia es de una textura suave y visible fácilmente.

En ambos procesos el Silicio se solidifica formando crecimientos de cristales individuales en formación de cintas e hilos compactas para ser finalmente pulidos, grabados y nidos en zonas llamadas P y N. Aplican los electrodos y las conocidas capas antireflexivas.

3.3 Las Amorfas

Pertenecen también al grupo de tecnología de láminas delgadas, manufacturadas mediante la colocación de una fina capa de amorfo (no cristalino) de silicio sobre una amplia variedad de superficies. Estos son los menos eficientes y menos costoso de producir de los tres tipos mencionados aquí.

Debido a la naturaleza amorfa de su capa fina, este es muy flexible. Es característica de las celdas solares amorfas y según datos de instaladores su potencia se reduce con el tiempo, especialmente durante los primeros meses, después de los cuales es básicamente estable aunque menores.

4. -Células solares de tipo cuántico

La tecnología de células solares continúan avanzando actualmente (2022) gracias a su bajo costo, manejo y versatilidad, aunque su eficiencia es baja en comparación con otras tecnologías.

Cada vez se encuentran noticias nuevas para producir células solares fotovoltaicas como que hoy son más delgados y uniformes para convertir la luz en electricidad y viceversa. Desde el primer avance hacia el uso de puntos cuánticos para fabricar células solares.

Están aumentando el flujo de corriente en las celdas y aumentando así su eficiencia general en la conversión de la luz solar en electricidad.

Hoy explican que los delgados recubrimientos de puntos cuánticos «les permiten hacer lo que hacen como individuales: absorber la luz muy bien, pero también trabajar como grupo , para transportar cargas. Esto permite que esas cargas se recojan en el borde de la película, donde se pueden aprovechar para proporcionar una corriente eléctrica.

En la fabricación de células o celdas solares fotovoltaicas cada vez se están integrando los cuatro campos base de fabricación: Física, química, ciencia e ingeniería de materiales, ingeniería eléctrica e informática.

La célula solar producida por el equipo ahora se ha agregado al listado de los Laboratorios Nacionales de Energía Renovable de eficiencias récord para cada tipo de tecnología de células solares. 

Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que las células solares de punto cuántico sean comercialmente viables, pero este último desarrollo es un buen paso hacia este objetivo final.

Los tres tipos de celdas más comerciales

5. -Conclusión

En este artículo hemos visto los conceptos generales de cómo está constituida una celda solar fotovoltaica, sus capas.

Mencionamos generalidades de los tipos de estas celdas solares, o células solares. El siguiente cuadro nos ayuda más visibilizar a estos tres tipos de celdas para asentar aún más nuestro estudio.

Es ventajoso tener al menos un conocimiento básico de «cómo se hacen estos dispositivos» que son el alma de los paneles solares fotovoltaicos desde 50 W a más de 500 W por módulo solar acorde a su tamaño individual.

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