Los paneles solares son una tecnología de energía renovable con un potencial significativo para resolver los desafíos energéticos existentes. Son confiables, limpios, escalables, proporcionan energía asequible y son rentables a largo plazo. En este artículo, proporcionaremos una descripción general de los materiales utilizados en la producción de celdas fotovoltaicas para la generación de energía renovable, así como también discutiremos investigaciones recientes que proponen el uso de materiales novedosos.
Materiales Utilizados en Paneles Solares
La primera generación de módulos fotovoltaicos solares estaba hecha de silicio con una estructura cristalina, y el silicio sigue siendo uno de los materiales más utilizados en la tecnología fotovoltaica solar. La investigación sobre el material de silicio está en constante crecimiento, y se enfoca principalmente en mejorar su eficiencia y sostenibilidad. El silicio monocristalino y el silicio policristalino son los dos tipos más básicos de silicio cristalino utilizados en la fotovoltaica solar.
Los materiales de silicio monocristalino se utilizan por su mayor eficiencia en comparación con los materiales de silicio policristalino. La ventaja de los materiales de silicio policristalino es que son menos costosos, por lo que los fabricantes los utilizan para sistemas de energía solar de bajo costo.
El silicio amorfo es una forma alotrópica no cristalina de silicio que se ha utilizado ampliamente en la fotovoltaica solar. Es la tecnología de película delgada más comúnmente utilizada, pero su limitación es que es susceptible a la degradación. El silicio amorfo carburo, el silicio amorfo germanio, el silicio microcristalino y el nitruro de silicio amorfo son los diferentes tipos de silicio amorfo utilizados.
El cadmio y el telurio también se utilizan para desarrollar fotovoltaica solar. Se mezclan en una proporción específica para desarrollar células solares de cadmio telurio y se consideran el material de película delgada más efectivo debido a su brecha de banda ideal de 1,45 eV y mayor estabilidad.
Las fotovoltaicas solares de semiconductores compuestos se fabrican utilizando galio y arseniuro. Son similares a las células de silicio pero son más eficientes, más delgadas y menos densas que las células de silicio monocristalino y policristalino.
También se utilizan aluminio, antimonio y plomo en las fotovoltaicas solares para mejorar la brecha de energía. La mejora en la brecha de energía se produce mediante la aleación de silicio con aluminio, antimonio o plomo y el desarrollo de una fotovoltaica solar de unión múltiple. Los otros materiales utilizados para desarrollar fotovoltaicas solares avanzadas son cobre, indio, galio y selenio, y se utilizan principalmente para mejorar la eficiencia y la disipación de calor de las fotovoltaicas solares.
Los nanotubos de carbono (CNT) son un tipo de nanomaterial utilizado en las fotovoltaicas solares para mejorar sus propiedades. La aplicación de los CNT permite a los fabricantes desarrollar un material conductor transparente y proporciona una corriente mejorada. Los CNT utilizados en las fotovoltaicas solares tienen una estructura hexagonal de carbono en forma de rejilla y convierten hasta el 75% de la energía solar en energía eléctrica.
Los tintes orgánicos también son un material potencial en las fotovoltaicas solares novedosas para desarrollar una brecha de banda más amplia. El uso de tintes orgánicos facilita el desarrollo de fotovoltaicas solares sostenibles, ya que los materiales inorgánicos son difíciles de reciclar y reutilizar. El dióxido de titanio (TiO2) también se utiliza en las nuevas fotovoltaicas solares para mejorar el rendimiento y la disipación de calor.
Las fotovoltaicas solares de células híbridas se desarrollan combinando silicio cristalino y no cristalino. Aunque tienen una mayor eficiencia en comparación con las células solares convencionales, su proceso de fabricación es complejo.
Investigaciones Recientes
En un estudio reciente publicado en la revista Solar RRL, investigadores de China revisaron los materiales fotovoltaicos solares que se pueden utilizar con estructuras civiles para generar energía sin ninguna configuración adicional. Los materiales revisados por los investigadores estaban principalmente hechos de disolventes orgánicos y transparentes. Los fotovoltaicos solares transparentes se pueden utilizar en áreas como ventanas y paredes exteriores para generar energía.
En otro estudio reciente publicado en la revista Nano-Select, investigadores de China discutieron el diseño de paneles solares flexibles. Los materiales utilizados para desarrollar los paneles solares flexibles eran disolventes orgánicos, materiales de nanofibras y nanocables de metales. Los paneles solares flexibles se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como electrónica flexible, automóviles y aplicaciones espaciales.
La energía solar se considera una tecnología de energía renovable significativa y puede reemplazar las fuentes de energía no renovables. La celda fotovoltaica solar es responsable de convertir la energía solar en energía eléctrica y es un componente fundamental del sistema de energía solar.
El uso de nuevos materiales mejora el rendimiento general del sistema de energía solar y permite su aplicación en nuevas áreas. Las investigaciones futuras deben centrarse en materiales que puedan hacer que las fotovoltaicas solares sean rentables y sostenibles.
Referencias y Lecturas Adicionales
- Li, P., Wang, W., Li, H., Miao, R., Feng, X., Qian, L., and Song, W., 202Foldable solar cells: Structure design and flexible materials. Nano Select, 2(5), pp.865-87https://onlinelibrary.wiley.com/doi/1002/nano.202000163
- Li, Z., Ma, T., Yang, H., Lu, L. and Wang, R., 202Transparent and colored solar photovoltaics for building integration. Solar RRL, 5(3), p.200061https://onlinelibrary.wiley.com/doi/1002/solr.202000614
- Gul, M., Kotak, Y. and Muneer, T. (2016) ‘Review on the recent trend of solar photovoltaic technology, Energy Exploration & Exploitation, 34(4), pp. 485–52https://journals.sagepub.com/doi/1177/0144598716650552
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