La eficiencia de los paneles solares es un factor crucial a considerar al elegir el sistema adecuado para aprovechar la energía solar. NREL, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, es una institución líder en la investigación y desarrollo de tecnologías solares, y su trabajo en la eficiencia de los paneles solares es de gran importancia en el campo de las energías renovables.
¿Qué es la eficiencia de los paneles solares de silicio cristalino?
El DOE (Departamento de Energía de Estados Unidos) respalda los esfuerzos de investigación y desarrollo de células fotovoltaicas de silicio cristalino que conducen a tecnologías listas para el mercado. Las células fotovoltaicas de silicio cristalino son las más comunes en los paneles solares comerciales, representando más del 85% de las ventas mundiales de células fotovoltaicas en 201
Las células fotovoltaicas de silicio cristalino tienen eficiencias de conversión de energía en laboratorio de más del 25% para células de monocristal y más del 20% para células de multicristal. Sin embargo, los módulos solares producidos industrialmente actualmente alcanzan eficiencias que oscilan entre el 18% y el 22% en condiciones de prueba estándar.
Direcciones de investigación
Los esfuerzos actuales de investigación del DOE se centran en formas innovadoras de reducir los costos de los paneles solares de silicio cristalino. Se están realizando investigaciones para reducir los requisitos de materia prima, incluyendo el desarrollo de capas absorbentes de silicio cristalino ultradelgadas y técnicas de producción de obleas sin desperdicio de silicio.
Además, se están optimizando los procesos de crecimiento de las células fotovoltaicas de silicio cristalino para mejorar aún más su eficiencia.
Beneficios
Los beneficios de las células fotovoltaicas de silicio cristalino incluyen:
- Madurez: Existe una cantidad considerable de información sobre la evaluación de la confiabilidad y robustez del diseño, lo cual es crucial para obtener financiamiento para proyectos de implementación.
- Rendimiento: Una célula de silicio estándar producida industrialmente ofrece eficiencias más altas que cualquier otro dispositivo de una sola unión producido en masa. Estas eficiencias reducen el costo de la instalación final, ya que se requieren menos células solares fabricadas e instaladas para obtener una determinada producción de energía.
- Confianza: Las células de silicio cristalino tienen una vida útil de más de 25 años y muestran una degradación a largo plazo mínima.
- Abundancia: El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, después del oxígeno, lo que garantiza la disponibilidad de materia prima para la fabricación de células fotovoltaicas.
Producción de células fotovoltaicas de silicio cristalino
Las células fotovoltaicas de silicio cristalino típicas se producen a partir de silicio monocristalino o silicio multicristalino. Las células monocristalinas se producen a partir de obleas de silicio pseudo-cuadrado, cortadas de lingotes crecidos mediante el proceso de Czochralski, la técnica de zona flotante, el crecimiento en cinta o otras técnicas emergentes.
Las células de silicio multicristalino se fabrican tradicionalmente a partir de sustratos de silicio cuadrados cortados de lingotes fundidos en crisoles de cuarzo.
Para reducir la cantidad de luz reflejada por la célula solar, y por lo tanto no utilizada para generar corriente, se deposita un recubrimiento antirreflectante (ARC) en la superficie de silicio. Este recubrimiento puede estar compuesto de dióxido de titanio (TiO2) o nitruro de silicio (SiN).
Para aumentar la captación y absorción de luz, la parte superior de la célula solar puede tener una estructura texturizada con estructuras piramidales de micrómetros de tamaño, formadas mediante un proceso de grabado químico.
Para crear una unión p-n, se crea una región n+ dopada con fósforo sobre un sustrato de silicio p tipo dopado con boro. Un electrodo metálico, como el aluminio, forma el contacto posterior, mientras que el contacto frontal se realiza generalmente mediante pasta de plata serigrafiada aplicada sobre la capa ARC.
La recolección de portadores de carga en una célula fotovoltaica de silicio cristalino se logra mediante la difusión de portadores minoritarios dentro de las capas dopadas p y n. Longitudes de difusión largas (> 200 micrómetros) ayudan a la recolección de portadores en todo el grosor de la célula solar donde ocurre la absorción óptica.
Para obtener más información sobre las células fotovoltaicas de silicio cristalino, visita el sitio web de Energy Basics.
Consultas habituales
¿Qué es NREL?
NREL, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, es una institución líder en la investigación y desarrollo de tecnologías solares y otras energías renovables.
¿Por qué es importante la eficiencia de los paneles solares?
La eficiencia de los paneles solares determina cuánta energía solar se puede convertir en electricidad utilizable. Paneles solares más eficientes permiten obtener una mayor producción de energía y, por lo tanto, un mejor rendimiento del sistema en general.
¿Qué es el silicio cristalino?
El silicio cristalino es el material base utilizado en la fabricación de la mayoría de los paneles solares comerciales. Es altamente eficiente en la conversión de energía solar en electricidad y tiene una vida útil prolongada.
La eficiencia de los paneles solares de silicio cristalino es un tema de investigación y desarrollo continuo. NREL y el DOE están trabajando en la mejora de las tecnologías existentes y en la búsqueda de formas innovadoras de reducir los costos y aumentar la eficiencia de los paneles solares.
La madurez, el rendimiento, la confiabilidad y la abundancia del silicio cristalino hacen de esta tecnología una opción atractiva para la generación de energía solar. Con avances continuos en la investigación y desarrollo, se espera que la eficiencia de los paneles solares de silicio cristalino siga mejorando en los próximos años.