¿COMO FUNCIONA EL SILICIO EN UNA CELDA SOLAR?

El silicio tiene algunas propiedades químicas especiales, sobre todo en su forma cristalina.

Un átomo de silicio tiene 14 electrones dispuestos en 3 diferentes capas.

Las 2 primeras capas tienen entre 2 y 8 electrones respectivamente, sin embargo en la tercera capa que es la exterior solo tiene la mitad de electrones.

Un átomo de silicio siempre buscará la forma de llenar su última capa, y para ello, se compartirán electrones con los 4 átomos más cercanos.

Es como si cada átomo tomara de las manos a sus vecinos, excepto que en este caso, cada átomo tiene cuatro manos por lo que se une a cuatro vecinos. Eso es lo que forma la estructura cristalina, estructura que resulta ser muy importante para las células PV.

El único problema es que el silicio cristalino puro es un mal conductor de la electricidad debido a que ninguno de sus electrones son libres de moverse, a diferencia de los electrones en los conductores más óptimos como el cobre.

Para evitar este problema el silicio de una celda solar tiene impurezas (formadas por otros átomos que se mezclan intencionalmente con los átomos del silicio). Solemos pensar de impurezas como algo indeseable, pero en este caso, la celda solar no funcionaría sin ellos.

Los átomos que se agregan intencionalmente al silicio son el fosforo en una proporción aproximada de 1 átomo por cada millón de átomos de silicio, y el boro que solo tiene 3 electrones y ayuda a mantener el contraste en la carga positiva-negativa en la capa exterior.

LAS CELDAS SOLARES PODRÍAN REVOLUCIONAR LA GENERACIÓN DE ENERGÍA SOLAR

Un equipo de la Universidad de Toronto, dirigido por el profesor Ted Sargent ha reportado el desarrollo de las primeras celdas solares de doble capa de puntos cuánticos, que pueden ser un elemento de cambio en el campo de la energía solar. El equipo ha utilizado dos especificaciones diferentes de puntos cuánticos coloidales (SCC), una sintonía para absorber la parte visible de la energía solar, y el otro para absorber la parte infrarroja y del infrarrojo cercano de la misma, aumentando la eficiencia de unión teórica del 31 por ciento al 42 por ciento.
Las celdas solares convencionales de silicio sólo pueden absorber la energía del espectro visible de la luz solar. El resto de la energía se transmite sin ser absorbida o mal absorbida. Los puntos cuánticos coloidales PbS (sulfuro de plomo), utilizados por el equipo de Toronto, tienen la ventaja de ser capaces de ser ajustados para absorber las diferentes partes del espectro solar.
La combinación de dos capas en una “unión tandem” se ha intentado antes también, pero el problema siempre ha sido la resistencia en la unión que da lugar a pérdidas. El equipo de Toronto ha llegado a una solución a este problema mediante el uso de una combinación de cuatro óxidos de metal en una capa de transición en cascada que ha mantenido la resistencia “agradable y baja”, como el profesor Sargent dice. El equipo también ha elegido los óxidos transparentes para permitir que la luz solar pase a través de la capa inferior.
Se informa que el equipo ha aplicado el CQS en capas en un plato de vidrio recubierto de óxido de estaño en temperatura y aire ambiente. Dado que el proceso no necesita equipo especializado, podría llegar a ser tan fácil de aplicar como un rociador. La tecnología también permite aumentar el número de capas a 3 o 4 lo que podría impulsar la eficiencia de unión teórica hasta un 84 por ciento.
Mientras que la eficiencia de unión teórica se ha incrementado a 42 por ciento, la primera celda solar de doble capa del equipo de Toronto tiene una eficiencia de sólo una décima parte, el 4,2 por ciento. El equipo de Toronto confía en que en los próximos 5 años, esta eficiencia se incrementará a 10 por ciento. La menor eficiencia de las celdas de puntos cuánticos se verá compensada por su bajo costo, tanto en la fabricación como en su aplicación.