Celdas Solares

CELDAS SOLARES

Las celdas solares de primera generación se introdujeron comercialmente a principios de los años 80. Construidas a partir de obleas o tabletas finas de silicio semiconductor, aún se usan intensivamente en la actualidad. El silicio no absorbe la luz con mucha eficiencia, por lo que el grosor de las obleas no se puede reducir más allá de cierto valor; además, son frágiles, lo que complica el proceso productivo desde los mismos inicios hasta la instalación final del panel solar.

La segunda generación de celdas solares comenzó a finales de los años 90 con la introducción de la tecnología de láminas delgadas. Proporcionan una eficiencia similar a las de silicio, pero su grosor es unas 100 veces menor.[1]

Construidas apilando capas muy finas de diferentes materiales semiconductores, estas celdas presentan varios inconvenientes; a) las capas semiconductoras se depositan mediante un proceso a alto vacío que resulta muy caro y complicado, y b) se colocan sobre un substrato de vidrio, que requiere de procesos adicionales para establecer los necesarios contactos eléctricos.

La actual tercera generación de celdas solares, también construidas a base de láminas delgadas, obvia las dificultades anteriores de la siguiente forma. Las capas de material semiconductor se depositan directamente sobre metal, eliminando así pasos los adicionales para colocar los contactos. Además, el procedimiento elimina la fragilidad del dispositivo, proporcionando celdas solares con un alto grado de flexibilidad, lo que resulta altamente ventajoso desde el punto de vista de su manipulación mecánica.

Pero quizás la ventaja más importante sea que el proceso productivo se simplifica enormemente. En vez de la complicada deposición al vacío, las capas semiconductoras se aplican mediante un chorro de tinta que contiene partículas semiconductoras nanométricas, usando un proceso de impresión rotativo similar al del offset convencional, empleado comúnmente para imprimir periódicos y revistas. Este proceso abarata grandemente el costo de producción (figura 2).

Por otra parte, su capacidad de generar energía es comparable con la de las celdas precedentes, e incluso mejor. Una de las compañías que producen este tipo de celdas,Nanosolar Inc. (www.nanosolar.com), alega que sus paneles son capaces de generar hasta 5 veces más corriente que cualquier otro panel en el mercado en condiciones similares.

Figura 2. Proceso de impresión offset. Las imágenes entintadas van ubicadas en la placa madre, se trasladan a un cilindro de goma (offset) y de ahí al papel. El proceso offset se basa en que la tinta aceitosa, inmiscible con el agua, se pega sólo a las imágenes, mientras que el agua mantiene limpio el resto del cilindro.

La electricidad proveniente de paneles solares convencionales cuesta unos 3 USD por watt. El estimado óptimo de los paneles construidos con la nueva tecnología es de sólo 0.30 USD por watt, lo que haría la energía solar muy competitiva con el carbón y otros combustibles.

¿Cómo funciona una celda solar?

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 íntimo 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 relación al material sin impurezas (silicio tipo N). En el otro, ocasionan un defecto de electrones (o la aparición de ‘huecos’) formando el silicio tipo P. Cuando se forma un contacto íntimo a nivel atómico entre ambos tipos de silicio, cierto número de los electrones en exceso migran hacia la región de ‘huecos’, formando pares electrón-hueco y dando origen a una ‘barrera’ de potencial interna que impide cualquier posible migración posterior.

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

Un haz de luz incidente sobre la juntura es capaz de separar los pares electrón-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 comportará igual a la de una batería convencional; aparece una corriente eléctrica (contraria al movimiento de los electrones en la figura 3). La corriente durará todo el tiempo que la juntura se mantenga iluminada.

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