Células solares de unión múltiple: lo que necesita saber

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La eficiencia de los paneles solares está mejorando constantemente, y las innovaciones en la construcción, los materiales y el diseño de las células solares están a la vanguardia de estas mejoras. Las células solares de unión múltiple son una tecnología interesante que puede proporcionar una mayor eficiencia en los paneles solares del futuro.

¿Qué son las células solares de unión múltiple?

Las células solares de unión múltiple son capaces de absorber diferentes longitudes de onda de la luz solar entrante mediante el uso de diferentes capas, lo que las hace más eficientes para convertir la luz solar en electricidad que las células de unión única. Si bien tienen el potencial de ser muchas veces más eficientes que las células solares tradicionales, los altos costos de producción y la investigación y el desarrollo continuos significan que las células de unión múltiple no están disponibles comercialmente ni son factibles actualmente.

Las células solares de unión múltiple son un tipo de célula solar en tándem, lo que significa que están hechos de materiales apilados que están optimizados para absorber diferentes frecuencias de luz solar.

Conceptos básicos de las células solares de unión múltiple: ¿cómo funcionan las células solares de unión múltiple?

Las células solares están hechas de un material semiconductor, normalmente silicio en células solares cristalinas. Tradicionalmente, una célula solar tiene dos capas: una tipo n con una alta concentración de electrones, y un tipo p con una concentración relativamente baja de electrones. Cuando la luz solar llega a la capa de tipo n, los electrones fluyen de esa sección a la segunda y crean una corriente eléctrica que se puede capturar y utilizar para generar energía. Este tipo de célula solar se conoce como célula solar de unión única, ya que tiene un solo límite / unión entre las capas de tipo ny de tipo p, conocido como Unión PN. Estas uniones pn son donde fluyen las corrientes eléctricas en las células solares.

diagrama de las secciones de una unión pn
Las diferentes partes de una unión pn. Fuente: electronics-tutorials.ws

Una celda solar de múltiples uniones es una celda solar en tándem con más de una unión pn. En la práctica, esto significa que hay múltiples capas de diferentes materiales semiconductores, cada uno de los cuales produce corrientes eléctricas en respuesta a diferentes longitudes de onda de luz. Esto significa que, en teoría, las células solares de unión múltiple son capaces de convertir más luz solar que las golpea en electricidad en comparación con las células de unión única.

Al igual que las células solares de silicio normales, las células solares de unión múltiple producen electricidad a través del efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico es un proceso químico y mecánico complicado, pero se puede resumir en tres pasos principales:

  1. La luz es absorbida por las células solares y los electrones del material semiconductor se sueltan.
  2. Los electrones sueltos fluyen a través de la unión pn entre las capas de semiconductores, creando una corriente eléctrica.
  3. La corriente se captura y se transfiere a los cables.

Las células solares de unión única tienen una unión pn para dirigir el flujo de electricidad creado cuando la luz solar incide en un material semiconductor. En una celda solar de múltiples uniones, hay múltiples uniones pn que pueden inducir un flujo de electricidad.

Estructura de células solares de múltiples uniones

Las células solares de unión múltiple no se fabrican con silicio como semiconductor. En su lugar, se utilizan materiales como el fosfuro de galio indio (GaInP), el arseniuro de galio indio (InGaAs) y el germanio (Ge) para crear capas separadas de semiconductores que responden a diferentes longitudes de onda de la luz solar entrante.

capas de una célula solar multifuncional
Capas en una celda solar de unión múltiple. Fuente: www.energy.gov

Comparación de células solares de unión múltiple y de unión única

¿Cómo se comparan las células de unión múltiple y las células de unión única? Echaremos un vistazo a tres factores principales: eficiencia, materiales y precios.

Eficiencia

A la eficiencia de la celda solar es una medida de qué porcentaje de la luz entrante que llega a la celda se puede convertir en electricidad. En términos de eficiencia teórica, las células solares de unión múltiple tienen el potencial de superar significativamente a las células solares de unión única tradicionales. Según el Departamento de Energía, las células solares de múltiples uniones con tres uniones tienen eficiencias teóricas superiores al 45 por ciento, mientras que las células de uniones únicas alcanzan un máximo de aproximadamente el 33,5 por ciento. Agregar más uniones (potencialmente hasta 5 o 6 uniones) podría aumentar la eficiencia en más del 70 por ciento. Como referencia, el los paneles solares más eficientes disponibles en la actualidad tienen eficiencias de alrededor del 22 por ciento.

Materiales

Las células solares de unión única se fabrican normalmente con silicio como semiconductor, mientras que las células solares de unión múltiple suelen utilizar tres semiconductores separados: fosfuro de galio indio (GaInP), arseniuro de indio galio (InGaAs) y germanio (Ge).

Precios

Todavía no hay células solares de unión múltiple disponibles comercialmente, lo que significa que los precios son principalmente especulaciones. Una cosa es segura: la producción de células solares de unión múltiple es un proceso más complicado y difícil que utiliza materiales más caros, por lo que probablemente costarán más que las células de unión única cuando lleguen al mercado masivo. El costo de los paneles solares ha caído constantemente Sin embargo, durante los últimos años, y a medida que se perfeccionan los procesos de fabricación, es probable que el costo de los paneles solares fabricados con células solares en tándem siga el mismo patrón con el tiempo.

¿Se pueden instalar paneles solares con células de unión múltiple?

Las células solares de unión múltiple son una tecnología interesante y prometedora que puede ayudar a aumentar la eficiencia de los paneles solares. Por ahora, todavía se están probando e investigando y, por lo tanto, no están disponibles para comprar para la instalación de paneles solares.

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