Inicio > Noticias > Contenido
Principio de generación de energía de células solares
- Jul 31, 2018 -

La generación de energía fotovoltaica utiliza células solares para convertir la energía solar directamente en energía eléctrica basada en el principio de voltajes fotovoltaicos. Ya sea que se trate de un uso independiente o de una generación de energía conectada a la red, el sistema de generación de energía fotovoltaica se compone principalmente de paneles solares (componentes), controladores y generación de energía fotovoltaica invertida. La energía fotovoltaica utiliza el efecto fotovoltaico de la interfaz de semiconductores para convertir la energía de la luz directamente en energía eléctrica. El componente clave de la tecnología son las células solares. Las células solares están empacadas y protegidas en serie para formar un módulo de células solares de gran superficie, que se combina con un controlador de energía para formar un dispositivo de generación de energía fotovoltaica.

Células solares: las células solares se basan principalmente en materiales semiconductores. Su principio de funcionamiento es utilizar materiales fotoeléctricos para absorber la energía de la luz y luego generar reacciones de conversión fotoeléctrica. Dependiendo de los materiales utilizados, las células solares se pueden dividir en:

1. células solares de silicio;

2. Una batería hecha de un compuesto multicomponente tal como una sal inorgánica como el compuesto de arseniuro de galio III-V, sulfuro de cadmio o seleniuro de indio y cobre;

3. Una célula solar preparada por materiales poliméricos funcionales;

4. células solares nanocristalinas, etc.

Celda solar de silicio

1. Estructura y principio de funcionamiento de la célula solar de silicio

El principio de la generación de energía de células solares es principalmente el efecto fotoeléctrico de los semiconductores. La estructura principal del semiconductor general es la siguiente:

图片1.png 

En la figura, una carga positiva representa un átomo de silicio, y una carga negativa representa cuatro electrones que rodean un átomo de silicio. Cuando otras impurezas como boro, fósforo, etc. se incorporan en el cristal de silicio, cuando se dopa el boro, existe un orificio en el cristal de silicio, y su formación se puede consultar en la siguiente figura:

图片2.png 

En la figura, una carga positiva representa un átomo de silicio, y una carga negativa representa cuatro electrones que rodean un átomo de silicio. El color amarillo indica el átomo de boro incorporado. Como solo hay tres electrones alrededor del átomo de boro, se genera el agujero azul que se muestra en la figura. Este agujero se vuelve inestable debido a la ausencia de electrones y es fácil absorber electrones. La neutralización forma un semiconductor tipo P (POSITIVO). De manera similar, después de que se incorpora el átomo de fósforo, dado que el átomo de fósforo tiene cinco electrones, un electrón se vuelve muy activo para formar un semiconductor tipo N (niválvulo). El amarillo es el núcleo de fósforo, y el rojo es el electrón extra. Como se muestra abajo.

图片3.png 

El semiconductor tipo N contiene una gran cantidad de orificios, y el semiconductor tipo P contiene una gran cantidad de electrones, de modo que cuando los semiconductores tipo P y tipo N se combinan, se forma una diferencia de potencial en la superficie de contacto. que es una unión PN.

Cuando los semiconductores de tipo P y N se combinan, se forma una capa delgada especial en la región de interfaz entre los dos semiconductores, y el lado de tipo P de la interfaz se carga negativamente, y el lado de tipo N se carga positivamente . Esto se debe a que el semiconductor tipo P tiene múltiples orificios, y el semiconductor tipo N tiene muchos electrones libres, y se produce una diferencia de concentración. Los electrones en la región N se difunden en la región P, y los agujeros en la región P se difunden en la región N. Una vez difundido, se forma un "campo eléctrico interno" de N a P, evitando así la difusión. Después de alcanzar el equilibrio, se forma una diferencia de potencial de formación de capa delgada especial, que es la unión PN.

图片4.png 

Cuando la oblea está expuesta a la luz, en la unión PN, los orificios del semiconductor de tipo N se mueven hacia la región de tipo P, y los electrones en la región de tipo P se mueven hacia la región de tipo N, formando así una corriente desde la región de tipo N a la región de tipo P. A continuación, se forma una diferencia de potencial en la unión PN, que forma una fuente de alimentación. (Como se muestra abajo)

图片5.png 

Como el semiconductor no es un buen conductor de electricidad, si el electrón fluye en el semiconductor después de pasar a través de la unión pn, la resistencia es muy grande y la pérdida es muy grande. Sin embargo, si todo el metal se aplica a la capa superior, la luz del sol no puede pasar, y la corriente no se puede generar. Por lo tanto, la unión pn (como se muestra en el electrodo de peine) generalmente se cubre con una malla metálica para aumentar el área de la luz incidente. Además, la superficie del silicio es muy brillante, lo que refleja una gran cantidad de luz solar y no puede ser utilizada por la batería. Con este fin, los científicos aplicaron una película protectora con un coeficiente de reflexión muy pequeño (en la imagen) para reducir la pérdida de reflexión al 5% o menos. La corriente y el voltaje que puede proporcionar una batería son limitados, por lo que muchas baterías (generalmente 36) se usan en paralelo o en serie para formar un panel solar fotovoltaico.

2. Proceso de producción de la célula solar de silicio

Una célula solar de silicio cristalino típica se fabrica en una oblea de silicio de alta calidad que tiene un espesor de 350 a 450 μm , que se corta de un lingote de silicio levantado o fundido.

图片6.png 

El método anterior realmente consume más material de silicio. Para ahorrar materiales, las baterías de película fina de silicio policristalino se usan actualmente en la deposición de vapor químico, incluidos los procesos de deposición de vapor químico a baja presión (LPCVD) y de plasma de deposición mejorada de vapor químico (PECVD). Además, los métodos de epitaxia en fase líquida (LPPE) y de deposición por pulverización catódica también pueden usarse para preparar baterías de película fina de silicio policristalino. La deposición de vapor químico se lleva a cabo principalmente utilizando SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4 o SiH4 como gas de reacción para formar átomos de silicio bajo una cierta atmósfera protectora y depositarse sobre un sustrato calentado. El material de sustrato generalmente se selecciona de Si, SiO2, Si3N4 y similares. Sin embargo, se ha descubierto que es difícil formar grandes granos de cristal en un sustrato que no es de silicio, y es fácil formar vacíos entre los granos de cristal. Para resolver este problema, LPCVD deposita una delgada capa de silicio amorfo sobre el sustrato, y luego la capa de silicio amorfo se templa para obtener granos de cristal más grandes, que luego se depositan en el cristal de siembra. La película de silicio policristalino grueso, por lo tanto, la tecnología de recristalización es sin duda un enlace muy importante, la tecnología actual incluye principalmente cristalización en fase sólida y recristalización de fusión media. Además del proceso de recristalización, la batería de película fina de silicio policristalino emplea casi todas las tecnologías para preparar células solares de silicio monocristalino, y la eficiencia de conversión de la célula solar así obtenida mejora notablemente. En tercer lugar, las células solares químicas nanocristalinas Las células solares de silicio en las células solares son, sin duda, el desarrollo más maduro, pero debido al alto costo, están lejos de cumplir con los requisitos de la promoción y la aplicación a gran escala. Con este fin, las personas continúan explorando procesos, nuevos materiales, películas delgadas y otros aspectos, y las células solares químicas de cristal nano TIO2 recién desarrolladas son valoradas por científicos nacionales y extranjeros. Por ejemplo, las células solares nanocristalinas sensibilizadas con colorante (DSSC) incluyen principalmente un sustrato de vidrio recubierto con una película conductora transparente, un material semiconductor sensibilizado con colorante, un contraelectrodo y un electrolito.

图片7.png 

Ánodo: película semiconductora sensibilizada por colorante (película de TIO2)

Cátodo: vidrio conductor platino

Electrolito: I3- / I- Como se muestra, las esferas blancas representan TiO2 y las esferas rojas representan moléculas de colorante. Las moléculas de colorante absorben la energía de energía solar para pasar al estado excitado, el estado excitado es inestable y los electrones se inyectan rápidamente en la banda de conducción de TiO2 adyacente. Los electrones perdidos en el tinte se compensan rápidamente con el electrolito y la electricidad que ingresa a la banda de conducción de TiO2 es eventualmente ingresada en la película conductora y luego produce una fotocorriente a través del bucle externo.

图片8.png 

Las ventajas de las células solares nanocristalinas de TiO2 son su bajo costo, proceso simple y rendimiento estable. Su eficiencia fotoeléctrica es estable en más del 10% y el costo de producción es de solo 1/5 a 1/10 de la celda solar de silicio. La vida útil puede alcanzar más de 20 años. Sin embargo, debido a la investigación y desarrollo de tales baterías, se estima que ingresarán gradualmente al mercado en el futuro cercano.


Related Products