Detalle Célula Solar.
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La tecnología del
Silicio como material de base para la fabricación de células
fotovoltaicas, está sujeta a constantes variaciones, experimentando
diferencias importantes según los distintos fabricantes.
PROCESO DE FABRICACIÓN:
De forma muy resumida, el proceso de fabricación de una célula
mono o policristalina se puede dividir en las siguientes fases:
PRIMERA FASE: OBTENCIÓN DEL SILICIO
A partir de las rocas ricas en cuarzo (formadas principalmente por SiO2,
muy abundantes en la naturaleza) y mediante el proceso de reducción
con carbono, se obtiene Silicio con una pureza aproximada del 99%, que
no resulta suficiente para usos electrónicos y que se suele denominar
Silicio de grado metalúrgico.
La industria de semiconductores purifica este Silicio por procedimientos
químicos, normalmente destilaciones de compuestos colorados de
Silicio, hasta que la concentración de impurezas es inferior al
0.2 partes por millón. El material así obtenido suele ser
llamado Silicio grado semiconductor
y aunque tiene un grado de pureza superior al requerido en muchos casos
por las células solares, ha constituido la base del abastecimiento
de materia prima para aplicaciones solares, representando en la actualidad
casi las tres cuartas partes del abastecimiento de las industrias de fabricación
de células.
Sin embargo, para usos específicamente solares, son suficientes
(dependiendo del tipo de impureza y de la técnica de cristalización),
concentraciones de impurezas del orden de una parte por millón.
Al material de esta concentración se le suele denominar Silicio
grado solar.
Existen actualmente tres posibles procedimientos en distintas fases de
experimentación para la obtención del Silicio grado solar,
que proporcionan un producto casi tan eficaz como el del grado semiconductor
a un coste sensiblemente menor.
SEGUNDA FASE: CRISTALIZACIÓN
Una vez fundido el Silicio, se inicia la cristalización a partir
de una semilla. Dicha semilla es extraída del silicio fundido,
este se va solidificando de forma cristalina, resultando, si el tiempo
es suficiente, un monocristal. El procedimiento más utilizado en
la actualidad es el convencional método
Czochralsky, pudiéndose emplear también
técnicas de colado. El Silicio cristalino así obtenido tiene
forma de lingotes. También se plantean otros métodos capaces
de producir directamente el Silicio en láminas a partir de técnicas
basadas en la epitaxia, en crecimiento sobre soporte o cristalización
a partir de Si mediante matrices.
Se obtienen principalmente dos tipos de estructuras: una la monocristalina
(con un único frente de cristalización) y la otra la policristalina
(con varios frentes de cristalización, aunque con unas direcciones
predominantes). La diferencia principal radica en el grado de pureza del
silicio durante el crecimiento/recristalización.
TERCERA FASE: OBTENCIÓN DE OBLEAS
El proceso de corte tiene gran importancia en la producción de
las láminas obleas a partir del lingote, ya que supone una importante
perdida de material (que puede alcanzar el 50%). El espesor de las obleas
resultantes suele ser del orden de 2-4mm.
CUARTA FASE: FABRICACIÓN DE LA
CÉLULA Y LOS MÓDULOS
Una vez obtenida la oblea, es necesario mejorar su superficie, que presenta
irregularidades y defectos debidos al corte, además de retirar
de la misma los restos que puedan llevar (polvo, virutas), mediante el
proceso denominado decapado.
Con la oblea limpia, se procede al texturizado
de la misma (siempre para células monocristalinas, ya que las células
policristalinas no admiten este tipo de procesos), aprovechando las propiedades
cristalinas del Silicio para obtener una superficie que absorba con más
eficiencia la radiación solar incidente.
Posteriormente se procede a la formación
de un unión PN mediante deposición
de distintos materiales (compuestos de fósforo para las partes
N y compuestos de boro para las partes P, aunque normalmente, las obleas
ya están dopadas con boro), y su integración en la estructura
del silicio cristalino.
El siguiente paso es la formación de los contactos
metálicos de la célula , en forma de
rejilla en la cara iluminada por el Sol, y continuo en la cara posterior.
La formación de los contactos en la cara iluminada se realiza mediante
técnicas serigráficas,
empleando más reciente mente la tecnología
láser para obtener contactos de mejor calidad
y rendimiento.
El contacto metálico de la cara sobre la cual incide la radiación
solar suele tener forma de rejilla, de modo que permita el paso de la
luz y la extracción de corriente simultáneamente. La otra
cara está totalmente recubierta de metal.
Una célula individual normal, con un área de unos 75cm2
y suficientemente iluminada es capaz de producir una diferencia de potencial
de 0.4V y una potencia de 1W.
Finalmente, puede procederse a añadir una capa
antirreflexiva sobre la célula, con el fin
de mejorar las posibilidades de absorción de la radiación
solar.
Una vez concluidos los procesos sobre la célula, se procede a su
comprobación, previamente a su encapsulado, interconexión
y montaje en los módulos.
En cuanto a la eficiencia de las diferentes tecnologías fotovoltaicas
se pueden indicar ciertos valores aproximados. Para el caso del Silicio
monocristalino ésta se sitúa en, aproximadamente entre un
16 y un 25% mientras que en el policristalino actualmente es del 12-13%
siendo posible que se eleve a corto plazo en un nivel similar al alcanzado
ya para el monocristalino.
Como resumen, en relación a la tecnología solar del silicio
mono o policristalino, se puede indicar que su situación es madura,
pero no obstante existe un amplio aspecto de posibles mejoras, muchas
de ellas analizadas y verificadas en profundidad en laboratorios.
Otros posibles materiales para la fabricación de células
solares es el Silicio amorfo.
Esta tecnología permite disponer de células de muy delgado
espesor, lo cual presenta grandes ventajas. Adicionalmente su proceso
de fabricación es, al menos teóricamente, más simple
y sustancialmente más barato. La eficiencia es comparativamente
algo menor que en los casos anteriores (6-8%) y todavía no se dispone
de datos suficientes en cuanto a su estabilidad. Su principal campo de
aplicación en la actualidad son los relojes, juguetes, calculadoras
y otras aplicaciones de consumo. Dentro de las aplicaciones energéticas
equivalentes a las de la tecnología del Silicio cristalino, su
versatilidad es muy adecuada para la confección de módulos
semitransparentes empleados en algunas instalaciones integradas en edificios.
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