celdas solares

7/17/2019 Celdas Solares

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CELDAS SOLARES Jose María Conesa Alonso

Alicia García Moreno

Lorena Lim Arriola

Miguel Marín Sánchez

José Manuel Sancho Gómez



Concepos !ásicos

E"eco "oo#olaico$ con#ersión %e luz enelecrici%a%&

Maeria$ consiui%a por áomos

'(cleo$ carga elécrica posii#a ) neurones&

Elecrones$ carga elécrica negai#a& Los elecrones %ela (lima capa son elecrones %e #alencia *ue al unirsecon oro "orman re%es crisalinas&



+ipos %e maeriales

Con%ucores$ elecrones %e #alencia poco liga%os aln(cleo&

Semicon%ucores$ elecrones %e #alencia más

liga%os al n(cleo& Aislanes$ con,guración mu) esa!le&

Los maeriales usa%os en las cel%as solares son los

semicon%ucores&



Cel%as solares

+rans"orman %irecamene la energía solaren energía elécrica&

Energía resulane %e reacciones nucleares

%e "usión&



Esrucura semicon%ucores

Maeriales$ Si- Ge- .- As& Esrucura %el Si$

segun%o elemeno %el planea más a!un%ane& /0 elecrones ) /0 proones- 0e1 %e #alencia& se presena en la nauraleza %e %os "ormas %isinas- una

amor"a ) ora crisaliza%a



Semicon%ucor 2ipo 34

Cel%a elemenal %e Si$ se unen 5 áomos %el maerial- enlace

co#alene&

no ha) elecrones li!res- por lo cual se%enomina con%ucor inrínseco o 2ipo 34&



Semicon%ucor 2ipo '4

Si incorporamosuna impureza- . 65elecrones %e

#alencia7 ha!rá unelecrón li!re&

El maerial en%ráe8ceso %e cargasnegai#as&



Semicon%ucor 2ipo .4

Si incorporamos 96: elecrones %e#alencia7

aparecerá unhueco&

'o se pro%uceenlace co#alene )ha) e8ceso %ecargas posii#as&



;nión 2'.4

;nión %e maerial 2ipo '4 ) 2ipo.4&

Los elecrones so!ranes %elmaerial ' pasan hacia el maerial. ) los 2huecos4 %el maerial .pasan al maerial '&

Cuan%o la luz inci%e so!re elsemicon%ucor- se li!eranelecrones %el áomo %e Si- serompe el e*uili!rio %e la unión '.) se pro%ucen los %enomina%ospar 2elecrón1hueco4&

Se genera un campo elécrico *ueal conecar una carga e8ernaenre am!as zonas- genera lacorriene elécrica&

.ara el Si- se pue%en o!enerpoenciales %e apro8ima%amene55<m=&



+ipos %e cel%as %e Si

Monocrisalinas$ esrucura aómica mu) or%ena%a& ren%imieno enre el /5> ) el /?>& %i"ícil consrucción- alo precio&

.olicrisalinas$ esrucura aómica no an or%ena%a como

en el monocrisalino& ren%imieno enre el /@> ) el /5> &

Amor"as$ esrucura aómica !asane %esor%ena%a& ren%imieno es in"erior al /<>& "a!ricación sencilla- más !arao&



Elemenos %e una cel%a solar %e Si

;n conaco superior en la zona %el maerial2ipo '4&

Dos semicon%ucores 2ipo '4 ) 2ipo .4&

;n conaco in"erior en la zona %el maerial2ipo .4&



Caracerísicas %e las

cel%as solares Caracerísicas 31= =olae %e circuio a!iero =OC Corriene %e corocircuio 3SC

.oencia Má8ima 6recángulo7 Bacor %e llena%o 6,ll "acor7 $ cociene enre el recángulo %emá8ima poencia ) el recánguloinscrio enre el #olae %e

circuio a!iero ) la corriene %ecoro circuio& Esa me%i%a nos%a una i%ea %e la cali%a% %e lacel%a



E,ciencia cel%as solares

De,nición $Relaciónenre la poenciaelécrica genera%a poruni%a% %e área 6m@7

) la irra%iación solarinci%ene 6m@7 parao!enerla

Má8imas e,ciencias

eóricas para las cel%assolares para %i#ersosmaeriales 6J&J& Lo"ersi/F:7



+ecnología %e "a!ricación

%e cel%as solares %e Silicio Silicio monocrisalino$esrucura crisalinauni"orme

Silicio policrisalino$esrucuras u!ica%asar!irariamene& Esos 2granos4 hacen *uela esrucura no sea uni"orme ) se o!engauna e,ciencia menor

Silicio amor"o$presena o%a#ía !aosni#eles %e e,ciencias




%e cel%as solares %e Silicio El Silicio se o!iene a parir %e elemenoscomo arena o cuarzo

Se presenan en la nauraleza con alos

gra%os %e impurezas- por ese moi#o esnecesario procesarlos O!enemos un Silicio con propie%a%es %e

semicon%ucor ) así lograr cel%as %e ala

e,ciencia el Silicio es el segun%o elemeno más

a!un%ane en la super,cie erresre- luego%el o8ígeno&




%e cel%as solares %e Silicio.ro%ucción %e Silicio .olicrisalino .roceso

Consise en lle#ar los granos %e cuarzia a

emperauras sumamene ele#a%as- agregan%ocar!ón para eliminar el o8igeno presene en lacuarzia ) pro%ucir una susancia gris meálica!rillane %e una pureza %e apro8ima%amene FF>&

.ara llegar a purezas %e FF-FFFF>- la susancia

o!eni%a es %epura%a me%iane un proceso similaral uiliza%o en las re,nerías %e peróleo- llama%o%esilación "racciona%a




%e cel%as solares %e Silicio.ro%ucción %e SilicioMonocrisalino

.roceso Méo%o %e crecimieno %e

Czochralsi 6CH7 El Silicio .olicrisalino se "un%e en

un crisol a emperauras cercanas a

/&0/<IC- Se inri%uce una 2semilla4 %e Silicio

Monocrisalino-

Se reira lenamene 6/<cmhora7hacien%o crecer un lingoe

cilín%rico %e maerialMonocrisalino




%e cel%as solares %e Silicio Méo%o Bloane 6BH7

Se coloca una 2semilla4Monocrisalina so!re una !arra %e

Silicio .olicrisalino Luego gracias a una !o!ina *ue

in%uce un campo elécrico- la !arrase caliena ) se "un%e con la semilla

Al %esplazarse compleamene porla !o!ina permie la o!ención %ellingoe %e Silicio Monocrisalino

Ese lingoe es más puro *ue el

pro%uci%o con el méo%o CH




%e cel%as solares %e Silicio.ro%ucción %e o!leas ;na #ez o!eni%o el cilin%ro %e

Silicio Monocrisalino- se proce%ea corar las o!leas o a"ers conespesor apro8ima%o %e :<<um

.ara realizar esa operación seuiliza una sierra conmuli,lamenos- la cual al corar

las o!leas pro%uce parículas %eSilicio Se pier%e casi un @<> %e

maerial




%e cel%as solares %e Silicio.ro%ucción %e o!leas

Las o!leas son %opa%as con áomos %e

Bós"oro en un horno a emperauras enre?<<IC ) F<<IC para o!ener la capa '

El su!srao ipo . se logra- anes %eo!ener los lingoes- %opan%o el Silicio con

áomos %e 9oro- para luego corar laso!leas *ue serán uiliza%as como maerialipo . en las cel%as




%e cel%as solares %e SilicioPelícula antirrefectante

Consise en una raamieno o e8uriza%o *ue se le %a al Siliciopara %isminuir el ín%ice %e reKe8ión

Esrucura pirami%al- *ue aumena la a!sorción %e la luz

inci%ene- gracias a reKe8ión m(liple %e ésa




%e cel%as solares %e SilicioConacos

Superior $ De!e consruirse con uni%a%es lo!asane gruesas- para ransporar la corrieneelécrica ) lo !asane ,nas- para no

o!saculizar el paso %e la luz solar 3n"erior $ maerial con%ucor simple 6aluminio7




%e cel%as solares %e Silicio Cel%as %e Arseniuro %e Galio 6GaAs7

E,ciencias ma)ores a las %e Silicio&

Algunos "a!ricanes- como Specrola!- han consrui%o cel%as conmuliunuras- superponien%o unuras especí,cas para un%eermina%o especro %e la luz solar ) así apro#echar oalmeneel especro



Ba!ricación %e mó%ulos

Bragili%a% Con%iciones amos"éricas De!en ser empa*uea%as en un mó%uloo Los mó%ulos se uilizan para cargar !aerías

o Son "a!rica%os para enregar un #olaenominal %e /@=%c&o Ese #olae se alcanza coneca%o : cel%as

en serie&



Ba!ricación %e mó%ulos

/7 La cel%a es coloca%aen un encapsulane6E=A7

@7 .are superior$ #i%rioempla%o

:7 .are in"erior$su!srao a !ase %eresina

07 El mo%ulo se raa aemperauras %e

/5IC ) presiónuni"orme&57 Se sella ) se ausa a

un marco %ealuminio ioniza%o&



Ba!ricación %e mó%ulos&Caracerización' cel%as en serie o

en paralelo- lapoencia oal %e

sali%a es. ' N 63. N =.7

3. corriene pea

%e la cel%a=. #olae pea

%e la cel%a

CaracterísticaCaracterística SilicioSilicio Ip [mA/cm ]Ip [mA/cm ] 2828

VP VP [V][V] 0,50,5

WP [mW/cm ]WP [mW/cm ] 1414

VOC VOC [V][V] 0,60,6



Ba!ricación %e mó%ulos& Bacores*ue a"ecan al ren%imieno

Ra%iación solar $ !aos ni#eles alosni#eles %e #olae %e sali%a

Concenra%or esáico $ Encapsula%o *ueaumena el ren%imieno&

+emperaura %e operación $ ;n aumeno %eesa hace *ue la corriene aumene pero el#olae %isminu)a

Som!ra $ Disipa la energía ;na cel%a som!rea%a a"eca al mó%ulo

compleo&

Solución $ %io%os 2!)pass4



Ba!ricación %e mó%ulos&Concenra%ores esáicos

.rismáico simple S.C 6Simple.rism Concenra%or7 Ganancia /-5&

Célula solar !i"acial #erical Ganancia :-5

.oca uili%a% prácica

Célula solar !i"acial horizonal Ganancia :-?

Concenra%or Esáico %eMaerial +ransparene ReKe8i#o Ganancia /5>



Silicio negro

Enre /<< ) 5<< #eces más sensi!le a la luz%el sol&

O!ención$ hacien%o !rillar !re#emene unláser so!re una lámina %e silicio a la *ue han

agrega%o he8aKuoruro %e azu"re& .aneles solares %e gran e,ciencia&



8i%o %e +ianio

+écnica *ue no emplea el silicio puri,ca%o sino*ue esa !asa%a en nanoesrucuras %e ó8i%o%e ianio&

Al ser nanoesrucuras son inro%uci%as enspra)s& 9uena respuesa ane inensi%a%es lumínicas

#aria!les ) una asa %e con#ersión %e energíalumínica en elecrici%a% esima%a en el //>&

+rans"orma amplias super,cies %e acero ensuper,cies capa%oras %e energía solar- lo *uea!araara en gran me%i%a el cose por P&

celdas solares

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