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Funcionamiento de celdas solares.
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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
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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&
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+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&
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Cel%as solares
+rans"orman %irecamene la energía solaren energía elécrica&
Energía resulane %e reacciones nucleares
%e "usión&
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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
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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&
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Semicon%ucor 2ipo '4
Si incorporamosuna impureza- . 65elecrones %e
#alencia7 ha!rá unelecrón li!re&
El maerial en%ráe8ceso %e cargasnegai#as&
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Semicon%ucor 2ipo .4
Si incorporamos 96: elecrones %e#alencia7
aparecerá unhueco&
'o se pro%uceenlace co#alene )ha) e8ceso %ecargas posii#as&
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;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=&
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+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&
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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&
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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
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E,ciencia cel%as solares
De,nición $Relaciónenre la poenciaelécrica genera%a poruni%a% %e área 6m@7
) la irra%iación solarinci%ene 6m@7 parao!enerla
Má8imas e,ciencias
eóricas para las cel%assolares para %i#ersosmaeriales 6J&J& Lo"ersi/F:7
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+ecnología %e "a!ricación
%e cel%as solares %e Silicio Silicio monocrisalino$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
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+ecnología %e "a!ricación
%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&
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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+ecnología %e "a!ricación
%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
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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&
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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&
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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
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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
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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>
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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&
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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&