Articulo de referencia

Silicio cristalino

Las células solares de silicio cristalino están hechas de polisilicio (lado izquierdo) o de silicio monocristalino (lado derecho). El silicio cristalino (o c-Si ) se refiere a l...

Las células solares de silicio cristalino están hechas de polisilicio (lado izquierdo) o de silicio monocristalino (lado derecho).

El silicio cristalino (o c-Si ) se refiere a las formas cristalinas del silicio , ya sea silicio policristalino (poli-Si, compuesto por pequeños cristales) o silicio monocristalino (mono-Si, un cristal continuo ). El silicio cristalino es el material semiconductor predominante en la tecnología fotovoltaica para la fabricación de células solares . Estas células se integran en paneles solares como parte de un sistema fotovoltaico para generar energía solar a partir de la luz del sol.

En electrónica, el silicio cristalino suele ser la forma monocristalina del silicio y se utiliza para la fabricación de microchips . Este silicio contiene niveles de impurezas mucho menores que los necesarios para las células solares. La producción de silicio de grado semiconductor implica una purificación química para obtener polisilicio de alta pureza, seguida de un proceso de recristalización para obtener silicio monocristalino. Los lingotes cilíndricos se cortan posteriormente en obleas para su procesamiento.

Las células solares hechas de silicio cristalino se denominan a menudo células solares convencionales , tradicionales o de primera generación , ya que se desarrollaron en la década de 1950 y siguen siendo el tipo más común hasta la actualidad. [ 1 ] [ 2 ] Debido a que se producen a partir de obleas solares de 160 a 190 μm de espesor —láminas de bloques de silicio de grado solar— , a veces se las denomina células solares basadas en obleas . [ 3 ] 

Las células solares fabricadas con c-Si son células de unión simple y, por lo general, son más eficientes que sus tecnologías rivales, que son las células solares de película delgada de segunda generación , entre las que destacan CdTe , CIGS y silicio amorfo (a-Si). El silicio amorfo es una variante alotrópica del silicio, y el término amorfo significa "sin forma" para describir su forma no cristalina. [ 4 ] : 29

Descripción general

Mercado global de energía fotovoltaica por tecnología en 2021. [ 5 ] : 24, 25
  1. CdTe (4,10%)
  2. a-Si (0,10%)
  3. CIGS (0,80%)
  4. mono-Si (82,0%)
  5. multi-Si (13,0%)

Clasificación

Las formas alotrópicas del silicio abarcan desde una estructura monocristalina hasta una estructura amorfa completamente desordenada, con varias variedades intermedias. Además, cada una de estas formas puede tener varios nombres e incluso más abreviaturas, lo que suele generar confusión entre los no expertos, especialmente porque algunos materiales y su aplicación en la tecnología fotovoltaica son de menor importancia, mientras que otros son de vital importancia.

industria fotovoltaica

En la industria fotovoltaica, los materiales se suelen agrupar en las dos categorías siguientes:

Generaciones

Alternativamente, los diferentes tipos de células solares y/o sus materiales semiconductores pueden clasificarse por generaciones:

  • Las células solares de primera generación están hechas de silicio cristalino, también llamadas células solares convencionales, tradicionales o basadas en obleas, e incluyen materiales semiconductores monocristalinos (mono-Si) y policristalinos (multi-Si).
  • Las células o paneles solares de segunda generación se basan en tecnología de película delgada y revisten una gran importancia comercial. Entre ellos se incluyen el CdTe, el CIGS y el silicio amorfo.
  • Las células solares de tercera generación suelen considerarse tecnologías emergentes con poca o ninguna relevancia en el mercado e incluyen una amplia gama de sustancias, en su mayoría orgánicas, que a menudo utilizan compuestos organometálicos.

Podría decirse que las células fotovoltaicas de unión múltiple no se pueden clasificar en ninguna de estas generaciones. Un semiconductor de triple unión típico está hecho de InGaP / (In)GaAs / Ge . [ 6 ] [ 7 ]

Comparación de especificaciones técnicas

Cuota de mercado

Cuota de mercado mundial de energía fotovoltaica por tecnología 1980–2021 [ 5 ] : 24, 25

En 2013, la tecnología convencional de silicio cristalino dominó la producción fotovoltaica mundial, con el silicio multicristalino liderando el mercado por delante del silicio monocristalino, representando el 54 % y el 36 %, respectivamente. Durante los últimos diez años, la cuota de mercado mundial de las tecnologías de película delgada se estancó por debajo del 18 % y actualmente se sitúa en el 9 %. En el mercado de película delgada, el CdTe lidera con una producción anual de 2 GWp o el 5 %, seguido del a-Si y el CIGS, ambos en torno al 2 %. [ 4 ] : 4, 18 La capacidad fotovoltaica desplegada hasta 2013 asciende a 139 gigavatios , que se dividen en 121 GW de silicio cristalino (87 %) y 18 GW de tecnología de película delgada (13 %). [ 4 ] : 41   

Eficiencia

Eficiencias de conversión de las mejores células solares de investigación a nivel mundial para diversas tecnologías fotovoltaicas desde 1976.

La eficiencia de conversión de los dispositivos fotovoltaicos describe la relación entre la energía eléctrica emitida y la luz incidente. Una sola célula solar suele tener una eficiencia superior a la de un módulo solar completo. Además, la eficiencia medida en laboratorio siempre es muy superior a la de los productos comercializados.

células de laboratorio

En 2013, la eficiencia récord de las células de laboratorio se obtuvo con silicio cristalino. Sin embargo, las células solares de silicio multicapa fueron seguidas de cerca por las de telururo de cadmio y seleniuro de cobre, indio y galio.

  1. 25,6% — célula de silicio monocristalino
  2. 20,4% — célula multi-Si
  3. 21,7% — Célula CIGS
  4. 21,5% — Célula de CdTe

Celdas solares de silicio con contacto en ambos lados a partir de 2021: 26% y posiblemente más. [ 8 ] [ 9 ]

Módulos

El módulo promedio de silicio cristalino comercial aumentó su eficiencia de aproximadamente un 12% a un 16% en los últimos diez años. En el mismo período, los módulos de CdTe mejoraron su eficiencia de un 9% a un 16%. Los módulos con mejor rendimiento en condiciones de laboratorio en 2014 estaban hechos de silicio monocristalino. Su eficiencia fue un 7% superior a la de los módulos producidos comercialmente (un 23% más que el 16%), lo que indicaba que la tecnología de silicio convencional aún tenía potencial de mejora y, por lo tanto, podía mantener su posición de liderazgo. [ 4 ] : 6

Costes energéticos de fabricación

El silicio cristalino tiene un alto costo energético debido a que se produce mediante la reducción de arena de cuarzo de alta calidad en un horno eléctrico . La electricidad generada para este proceso puede producir emisiones de gases de efecto invernadero . Este proceso de fundición con coque se lleva a cabo a altas temperaturas de más de 1000  °C y es muy intensivo en energía, utilizando aproximadamente 11 kilovatios-hora (kW·h) por kilogramo de silicio. [ 10 ]

Los requerimientos energéticos de este proceso por unidad de silicio metálico producido pueden ser relativamente inelásticos. Sin embargo, se han logrado reducciones significativas en el costo energético por producto fotovoltaico, ya que las células de silicio se han vuelto más eficientes en la conversión de la luz solar, los lingotes de silicio más grandes se cortan con menos desperdicio en obleas más delgadas, los residuos de silicio de la fabricación se reciclan y los costos de los materiales han disminuido. [ 4 ] : 29

Toxicidad

Con la excepción del silicio amorfo , la mayoría de las tecnologías fotovoltaicas comerciales utilizan metales pesados ​​tóxicos . La tecnología CIGS suele emplear una capa amortiguadora de CdS , y el material semiconductor de la tecnología CdTe contiene cadmio (Cd), que es tóxico. En el caso de los módulos de silicio cristalino, el material de soldadura que une los hilos de cobre de las células contiene aproximadamente un 36 % de plomo (Pb). Además, la pasta utilizada para la serigrafía de los contactos frontal y posterior contiene trazas de Pb y, en ocasiones, también de Cd. Se estima que se han utilizado alrededor de 1000 toneladas métricas de Pb para 100 gigavatios de módulos solares de c-Si. Sin embargo, no existe una necesidad fundamental de plomo en la aleación de soldadura. [ 11 ]

Propiedades

El silicio cristalino ha adquirido gran relevancia en los sectores de semiconductores y energía solar, principalmente por sus propiedades electrónicas, en particular su banda de valencia moderada y su alta movilidad de portadores de carga. [ 12 ] Sin embargo, son las propiedades mecánicas de las obleas de silicio cristalino las que han permitido la producción a gran escala y la comercialización de este material, y las propiedades mecánicas y electrónicas están estrechamente relacionadas. La facilidad de fabricación de las obleas de silicio cristalino también se debe en gran medida a sus propiedades mecánicas.

Las propiedades mecánicas del silicio monocristalino puro y sin dopar se incluyen a continuación. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Debido a su estructura cristalina cúbica de diamante, algunas de estas propiedades son anisotrópicas dependiendo de la orientación cristalográfica a lo largo de la cual se miden, o dependiendo del plano cristalográfico a lo largo del cual se cortan las obleas.

Estas propiedades mecánicas son relevantes tanto para la industria de semiconductores, donde los sustratos de silicio se utilizan como soportes de circuitos, como para la industria fotovoltaica, donde los paneles solares de silicio suelen estar expuestos a condiciones climáticas extremas. En ambos casos, sin embargo, el silicio cristalino se suele dopar con otros elementos (elementos del Grupo 13 para portadores de carga más positivos, elementos del Grupo 15 para portadores de carga más negativos) para aumentar la conductividad y desplazar la banda prohibida, lo que modifica simultáneamente las propiedades mecánicas. Se ha demostrado que aumentar la concentración de dopante puede disminuir el módulo de cizalladura, aumentar el módulo volumétrico, disminuir la rigidez (módulo elástico) y cambiar el material del régimen frágil al dúctil. [ 16 ] Esto da como resultado una mayor tenacidad general, que es útil para la fabricación, y una mayor elasticidad y ductilidad.

En la industria fotovoltaica, ha aumentado la demanda reciente de células solares flexibles que se pueden montar en una variedad de superficies irregulares o móviles e integrar en estructuras existentes. Si bien es una tecnología relativamente madura, la energía solar de silicio cristalino ha mantenido su liderazgo como la tecnología solar más extendida y eficiente del mercado, por lo que los investigadores han buscado durante mucho tiempo adaptar la tecnología para hacerla flexible y ligera. [ 17 ] Este objetivo ha sido difícil de alcanzar porque es un gran desafío debido a la fragilidad inherente del silicio cristalino. En un nuevo estudio histórico, investigadores de China desarrollaron un método para crear obleas de silicio cristalino flexibles. [ 14 ] Cuando se cortan las obleas de silicio cristalino, la superficie de estas obleas generalmente se texturiza/micropatrona para aumentar el área superficial y permitir una mejor absorción de la luz. [ 18 ] Esta técnica crea muchos valles afilados en los que se forman fácilmente grietas cuando la oblea se dobla, lo que finalmente conduce a fracturas frágiles. Como solución a este problema, los investigadores redondearon las puntas en los bordes de la oblea, eliminando la fuente de fracturas y creando finalmente células solares de silicio cristalino que mantienen su eficiencia de conversión de energía a lo largo de los ciclos de flexión. [ 14 ]

Tecnologías celulares

Célula solar PERC

Las células solares de contacto trasero con emisor pasivado (PERC) [ 19 ] consisten en la adición de una capa extra en la parte posterior de una célula solar. Esta capa dieléctrica pasiva actúa para reflejar la luz no absorbida de vuelta a la célula solar para un segundo intento de absorción, aumentando así la eficiencia de la célula solar. [ 20 ]

Una PERC se crea mediante un proceso adicional de deposición de película y grabado. El grabado se puede realizar mediante procesamiento químico o láser. Aproximadamente el 80 % de los paneles solares en todo el mundo utilizan el diseño PERC. [ 21 ] Martin Green, Andrew Blakers, Jianhua Zhao y Aihua Wang ganaron el Premio Reina Isabel de Ingeniería en 2023 por el desarrollo de la célula solar PERC. [ 22 ]

Célula solar HIT

Esquema de una célula HIT

Una célula solar HIT está compuesta por una oblea de silicio cristalino monodelgada rodeada de capas ultradelgadas de silicio amorfo . [ 23 ] El acrónimo HIT significa " heterounión con capa delgada intrínseca". Las células HIT son producidas por la corporación multinacional japonesa de electrónica Panasonic (véase también Sanyo §  Celdas solares y plantas ). [ 24 ] Panasonic y otros grupos han informado de varias ventajas del diseño HIT sobre su contraparte tradicional de c-Si:

  1. Una capa intrínseca de a-Si puede actuar como una capa de pasivación superficial eficaz para la oblea de c-Si.
  2. El silicio amorfo dopado con p+/n+ funciona como un emisor/BSF eficaz para la celda.
  3. Las capas de a-Si se depositan a una temperatura mucho más baja, en comparación con las temperaturas de procesamiento de la tecnología tradicional de c-Si por difusión.
  4. La celda HIT tiene un coeficiente de temperatura más bajo en comparación con la tecnología de celdas de silicio cristalino (c-Si).

Debido a todas estas ventajas, esta nueva célula solar de heterounión se considera una alternativa prometedora y de bajo coste a las células solares tradicionales basadas en silicio cristalino (c-Si).

Fabricación de células HIT

Los detalles de la secuencia de fabricación varían de un grupo a otro. Típicamente,  se utilizan obleas de c-Si cultivadas mediante CZ/FZ de buena calidad (con tiempos de vida de ~1 ms) como capa absorbente de las celdas HIT. Mediante grabadores alcalinos, como NaOH o (CH₃ ) ₄NOH , la superficie (100) de la oblea se texturiza para formar pirámides de 5 a 10  μm de altura. A continuación, la oblea se limpia con soluciones de peróxido y HF. Posteriormente, se deposita una capa de pasivación de a-Si intrínseca, generalmente mediante PECVD o CVD de hilo caliente. [ 25 ] [ 26 ] El gas silano (SiH₄) diluido con H₂ se utiliza como precursor. La temperatura y la presión de deposición se mantienen a 200  °C y 0,1-1  Torr. Un control preciso de este paso es esencial para evitar la formación de Si epitaxial defectuoso. [ 27 ]

Se ha demostrado que los ciclos de deposición y recocido y el tratamiento con plasma de H2 han proporcionado una excelente pasivación de la superficie. [ 28 ] [ 29 ] Se utiliza gas diborano o trimetilboro mezclado con SiH4 para depositar la capa de a-Si de tipo p, mientras que se utiliza gas fosfina mezclado con SiH4 para depositar la capa de a-Si de tipo n. Se ha demostrado que la deposición directa de capas de a-Si dopadas sobre la oblea de c-Si tiene propiedades de pasivación muy deficientes. [ 30 ] Esto se debe probablemente a la generación de defectos inducidos por el dopante en las capas de a-Si. [ 31 ] El óxido de indio y estaño (ITO) pulverizado se utiliza comúnmente como una capa de óxido conductor transparente (TCO) sobre la capa de a-Si frontal y posterior en el diseño bifacial, ya que el a-Si tiene una alta resistencia lateral.

Generalmente se deposita en la parte posterior, así como en la celda totalmente metalizada, para evitar la difusión del metal posterior y también para la adaptación de impedancia para la luz reflejada. [ 32 ] La rejilla de plata/aluminio de 50-100 μm de espesor se deposita mediante impresión con plantilla para el contacto frontal y el contacto posterior para el diseño bifacial. La descripción detallada del proceso de fabricación se puede encontrar en. [ 33 ]

Modelado optoeléctrico y caracterización de células HIT

La literatura analiza varios estudios para interpretar los cuellos de botella del transporte de portadores en estas celdas. Las curvas I-V tradicionales en luz y oscuridad se estudian extensamente [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] y se observa que tienen varias características no triviales, que no pueden explicarse utilizando la teoría tradicional del diodo de celda solar . [ 37 ] Esto se debe a la presencia de una heterounión entre la capa intrínseca de a-Si y la oblea de c-Si que introduce complejidades adicionales al flujo de corriente. [ 34 ] [ 38 ] Además, se han realizado esfuerzos significativos para caracterizar esta celda solar utilizando CV, [ 39 ] [ 40 ] espectroscopia de impedancia, [ 39 ] [ 41 ] [ 42 ] fotovoltaje superficial, [ 43 ] suns-Voc [ 44 ] [ 45 ] para producir información complementaria.

Además, se están llevando a cabo activamente varias mejoras de diseño, como el uso de nuevos emisores, [ 46 ] configuración bifacial, configuración de contacto posterior interdigitado (IBC) [ 47 ] configuración bifacial-tándem [ 48 ] .

Monosilicio

Esquema de las formas alotrópicas del silicio

El silicio monocristalino (mono c-Si) es una forma en la que la estructura cristalina es homogénea en todo el material; la orientación, el parámetro de red y las propiedades electrónicas son constantes en todo el material. [ 49 ] A menudo se incorporan átomos dopantes como fósforo y boro a la película para hacer que el silicio sea de tipo n o de tipo p, respectivamente. El silicio monocristalino se fabrica en forma de obleas de silicio, generalmente mediante el método de crecimiento de Czochralski , y puede ser bastante caro dependiendo del tamaño radial de la oblea monocristalina deseada (alrededor de $200 para una  oblea de Si de 300 mm). [ 49 ] Este material monocristalino, si bien es útil, es uno de los principales gastos asociados con la producción de células fotovoltaicas, donde aproximadamente el 40% del precio final del producto se atribuye al costo de la oblea de silicio inicial utilizada en la fabricación de la célula. [ 50 ]

silicio policristalino

El silicio policristalino está compuesto por muchos granos de silicio más pequeños con orientación cristalográfica variada, típicamente de >  1  mm de tamaño. Este material se puede sintetizar fácilmente dejando enfriar silicio líquido utilizando un cristal semilla con la estructura cristalina deseada. Además, existen otros métodos para formar silicio policristalino (poli-Si) de grano más pequeño, como la deposición química en fase vapor (CVD) a alta temperatura. [ 51 ]

No clasificado como silicio cristalino

Estas formas alotrópicas de silicio no se clasifican como silicio cristalino. Pertenecen al grupo de células solares de película delgada .

silicio amorfo

El silicio amorfo (a-Si) no tiene un orden periódico de largo alcance. La aplicación del silicio amorfo a la energía fotovoltaica como material independiente está algo limitada por sus propiedades electrónicas inferiores. [ 52 ] Sin embargo, cuando se combina con silicio microcristalino en células solares en tándem y de triple unión, se puede alcanzar una mayor eficiencia que con células solares de unión simple. [ 53 ] Este ensamblaje en tándem de células solares permite obtener un material de película delgada con una banda prohibida de alrededor de 1,12  eV (la misma que el silicio monocristalino) en comparación con la banda prohibida del silicio amorfo.Banda prohibida de 1,7 a 1,8  eV . Por lo tanto, las células solares en tándem resultan atractivas, ya que pueden fabricarse con una banda prohibida similar a la del silicio monocristalino, pero con la facilidad del silicio amorfo.

silicio nanocristalino

El silicio nanocristalino (nc-Si), también conocido como silicio microcristalino (μc-Si), es una forma de silicio poroso . [ 54 ] Es una forma alotrópica de silicio con estructura paracristalina , similar al silicio amorfo (a-Si), ya que posee una fase amorfa . Sin embargo, se diferencian en que el nc-Si tiene pequeños granos de silicio cristalino dentro de la fase amorfa. Esto contrasta con el silicio policristalino (poli-Si), que consiste únicamente en granos de silicio cristalino, separados por límites de grano. La diferencia radica exclusivamente en el tamaño de los granos cristalinos. La mayoría de los materiales con granos en el rango micrométrico son en realidad polisilicio de grano fino, por lo que el término silicio nanocristalino es más apropiado. El término "silicio nanocristalino" se refiere a una gama de materiales en la región de transición entre la fase amorfa y la microcristalina en la película delgada de silicio.

silicio protocristalino

El silicio protocristalino tiene una mayor eficiencia que el silicio amorfo (a-Si) y también se ha demostrado que mejora la estabilidad, pero no la elimina. [ 55 ] [ 56 ] Una fase protocristalina es una fase distinta que ocurre durante el crecimiento del cristal y que evoluciona hacia una forma microcristalina .

El silicio protocristalino también presenta una absorción relativamente baja cerca de la banda prohibida debido a su estructura cristalina más ordenada. Por lo tanto, el silicio protocristalino y el silicio amorfo pueden combinarse en una célula solar en tándem, donde la capa superior de silicio protocristalino delgado absorbe la luz de longitud de onda corta, mientras que las longitudes de onda más largas son absorbidas por el sustrato de silicio amorfo subyacente.

Transformación del silicio amorfo en silicio cristalino

El silicio amorfo puede transformarse en silicio cristalino mediante procesos de recocido a alta temperatura bien conocidos y ampliamente utilizados. El método típico empleado en la industria requiere materiales compatibles con altas temperaturas, como un vidrio especial resistente a altas temperaturas, cuya producción es costosa. Sin embargo, existen numerosas aplicaciones para las que este método de producción resulta intrínsecamente poco atractivo.

Cristalización inducida por baja temperatura

Las células solares flexibles han despertado interés en la generación de energía integrada de forma menos visible que las centrales solares. Estos módulos pueden instalarse en zonas donde las células tradicionales no serían viables, como por ejemplo, alrededor de un poste telefónico o una torre de telefonía móvil. En esta aplicación, se puede aplicar un material fotovoltaico a un sustrato flexible, generalmente un polímero. Dichos sustratos no soportan las altas temperaturas que se alcanzan durante el recocido tradicional. Por ello, se han estudiado exhaustivamente nuevos métodos para cristalizar el silicio sin alterar el sustrato subyacente. La cristalización inducida por aluminio (AIC) y la cristalización láser localizada son técnicas comunes en la literatura, aunque no se utilizan ampliamente en la industria.

En ambos métodos, el silicio amorfo se cultiva mediante técnicas tradicionales como la deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD). Los métodos de cristalización difieren durante el procesamiento posterior a la deposición. En la cristalización inducida por aluminio,  se deposita una fina capa de aluminio (50 nm o menos) mediante deposición física en fase vapor sobre la superficie del silicio amorfo. Este conjunto de materiales se recoce a una temperatura relativamente baja, entre 140  °C y 200  °C, en vacío. Se cree que el aluminio que se difunde en el silicio amorfo debilita los enlaces de hidrógeno presentes, permitiendo la nucleación y el crecimiento de cristales. [ 57 ]  Los experimentos han demostrado que se puede producir silicio policristalino con granos del orden de 0,2–0,3 μm a temperaturas tan bajas como 150  °C. La fracción volumétrica de la película que se cristaliza depende de la duración del proceso de recocido. [ 57 ]

La cristalización inducida por aluminio produce silicio policristalino con propiedades cristalográficas y electrónicas adecuadas que lo convierten en un candidato para producir películas delgadas policristalinas para energía fotovoltaica. [ 57 ] La AIC se puede utilizar para generar nanocables de silicio cristalino y otras nanoestructuras.

Otro método para lograr el mismo resultado es el uso de un láser para calentar el silicio localmente sin calentar el sustrato subyacente más allá de un cierto límite de temperatura superior. Se utiliza un láser de excímero o, alternativamente, láseres verdes como un láser Nd:YAG de frecuencia duplicada para calentar el silicio amorfo, suministrando la energía necesaria para la nucleación del crecimiento de grano. La fluencia del láser debe controlarse cuidadosamente para inducir la cristalización sin causar una fusión generalizada. La cristalización de la película ocurre cuando una porción muy pequeña de la película de silicio se funde y se deja enfriar. Idealmente, el láser debería fundir la película de silicio en todo su espesor, pero sin dañar el sustrato. Con este fin, a veces se agrega una capa de dióxido de silicio para que actúe como barrera térmica. [ 58 ] Esto permite el uso de sustratos que no pueden exponerse a las altas temperaturas del recocido estándar, por ejemplo, los polímeros. Las células solares con respaldo de polímero son de interés para esquemas de producción de energía perfectamente integrados que implican la colocación de fotovoltaicos en superficies cotidianas.

Un tercer método para cristalizar silicio amorfo es el uso de un chorro de plasma térmico. Esta estrategia busca mitigar algunos de los problemas asociados con el procesamiento láser, como la pequeña región de cristalización y el alto costo del proceso a escala de producción. La antorcha de plasma es un equipo sencillo que se utiliza para recocer térmicamente el silicio amorfo. En comparación con el método láser, esta técnica es más simple y rentable. [ 59 ] El recocido con antorcha de plasma resulta atractivo porque los parámetros del proceso y las dimensiones del equipo se pueden modificar fácilmente para obtener diferentes niveles de rendimiento.  Con este método se puede alcanzar un alto grado de cristalización (~ 90%). Entre sus desventajas se encuentra la dificultad para lograr uniformidad en la cristalización de la película. Si bien este método se aplica frecuentemente al silicio sobre un sustrato de vidrio, las temperaturas de procesamiento pueden ser demasiado elevadas para los polímeros.

Véase también

Referencias

  1. "Bell Labs presenta la primera célula solar de silicio práctica" . aps.org .
  2. Chapin, DM; Fuller, CS; Pearson, GL (1954). "Una nueva fotocélula de unión p-n de silicio para convertir la radiación solar en energía eléctrica". Journal of Applied Physics . 25 (5): 676– 677. Bibcode : 1954JAP....25..676C . doi : 10.1063/1.1721711 .
  3. Henini, M (diciembre de 1999). "Propiedades del arseniuro de indio y galio con coincidencia de red y tensionado por P. Bhattacharya (Ed.). Londres: INSPEC, la Institución de Ingenieros Eléctricos, ISBN 0-85296-865-5; Propiedades del fosfuro de indio, Londres: INSPEC, la Institución de Ingenieros Eléctricos, ISBN 0-85296-491-9; Propiedades del arseniuro de aluminio y galio por S. Adachi (Ed.). Londres: INSPEC, la Institución de Ingenieros Eléctricos, ISBN 0-85296-558-3" . Microelectronics Journal . 30 (12): 1273–1274 . doi : 10.1016/s0026-2692(99)00043-9 . ISSN 1879-2391 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 "Informe sobre energía fotovoltaica" (PDF) . Fraunhofer ISE. 28 de julio de 2014. Archivado (PDF) del original el 9 de agosto de 2014. Recuperado el 31 de agosto de 2014 .
  5. 1 2 "Informe sobre energía fotovoltaica" (PDF) . Fraunhofer ISE. 22 de septiembre de 2022. Archivado (PDF) del original el 23 de septiembre de 2022.
  6. Celdas solares multijunción de alta eficiencia. Archivado el 21/03/2012 en Wayback Machine.
  7. "Celdas solares de unión múltiple" . stanford.edu .
  8. "Una célula solar con contactos en ambos lados establece un nuevo récord mundial con una eficiencia del 26 por ciento" . techxplore.com . Consultado el 10 de mayo de 2021 .
  9. Richter, Armin; Müller, Ralph; Benick, Jan; Feldmann, Frank; Steinhauser, Bernd; Reichel, Christian; Fell, Andreas; Bivour, Martin; Hermle, Martin; Glunz, Stefan W. (abril de 2021). "Reglas de diseño para células solares de silicio de alta eficiencia con contacto en ambos lados y transporte de portadores de carga equilibrado y pérdidas por recombinación" . Nature Energy . 6 (4): 429– 438. Bibcode : 2021NatEn...6..429R . doi : 10.1038/s41560-021-00805-w . ISSN 2058-7546 . S2CID 234847037. Recuperado el 10 de mayo de 2021 .  
  10. "Proceso de producción de silicio" . www.simcoa.com.au . Operaciones de Simcoa. Archivado del original el 19 de junio de 2014. Consultado el 17 de septiembre de 2014 .
  11. Werner, Jürgen H. (2 de noviembre de 2011). "Sustancias tóxicas en módulos fotovoltaicos" (PDF) . postfreemarket.net . Instituto de Fotovoltaica, Universidad de Stuttgart, Alemania - XXI Conferencia Internacional de Ciencia e Ingeniería Fotovoltaica 2011, Fukuoka, Japón. pág. 2. Archivado del original (PDF) el 21 de diciembre de 2014. Recuperado el 23 de septiembre de 2014 . 
  12. Hava, Shlomo; Auslender, Mark (2007), "Single-Crystal Silicon: Electrical and Optical Properties", en Kasap, Safa; Capper, Peter (eds.), Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials , Boston, MA: Springer US, pp. 441–480 , Bibcode : 2007shep.book..441H , doi : 10.1007/978-0-387-29185-7_21 , ISBN  978-0-387-29185-7
  13. ^ de Jong, Martín; Chen, Wei; Angsten, Thomas; Jainista, Anubhav; Notestine, Randy; Gamst, Antonio; Sluiter, Marcel; Krishna Ande, Chaitanya; van der Zwaag, Sybrand; Plata, José J.; Toher, Cormac; Curtarolo, Stefano; Ceder, Gerbrand; Persson, Kristin A.; Asta, Mark (17 de marzo de 2015). "Trazar las propiedades elásticas completas de compuestos cristalinos inorgánicos" . Datos científicos . 2 (1): 150009. Código bibliográfico : 2015NatSD...250009D . doi : 10.1038/sdata.2015.9 . ISSN 2052-4463 . PMC 4432655 . PMID 25984348 .   
  14. 1 2 3 Liu, Wenzhu; Liu, Yujing; Yang, Ziqiang; Xu, Changqing; Li, Xiaodong; Huang, Shenglei; Shi, Jianhua; Du, Junling; Han, Anjun; Yang, Yuhao; Xu, Guoning; Yu, Jian; Ling, Jiajia; Peng, junio; Yu, Liping (mayo de 2023). "Células solares flexibles basadas en obleas de silicio plegables con bordes romos" . Naturaleza . 617 (7962): 717– 723. Bibcode : 2023Natur.617..717L . doi : 10.1038/s41586-023-05921-z . hdl : 10754/692110 . ISSN 1476-4687 . PMC 10208971 . PMID 37225883 .   
  15. ^ Vandeperre, LJ; Giuliani, F.; Lloyd, SJ; Clegg, WJ (1 de octubre de 2007). «La dureza del silicio y el germanio» . Acta Materialia . 55 (18): 6307– 6315. Bibcode : 2007AcMat..55.6307V . doi : 10.1016/j.actamat.2007.07.036 . ISSN 1359-6454 . 
  16. Zhang, WJ; Chen, JS; Li, S.; Wu, YH; Zhang, PL; Yu, ZS; Yue, ZH; Chun, Y.; Lu, H. (1 de octubre de 2021). "Propiedades electrónicas y mecánicas del silicio monocristalino dopado con trazas de N o P: un estudio de primeros principios" . Solid State Sciences . 120 106723. Bibcode : 2021SSSci.12006723Z . doi : 10.1016/j.solidstatesciences.2021.106723 . ISSN 1293-2558 . 
  17. Crabb, RL; Treble, FC (marzo de 1967). "Celdas solares de silicio delgadas para grandes matrices flexibles" . Nature . 213 (5082): 1223– 1224. Bibcode : 1967Natur.213.1223C . doi : 10.1038/2131223a0 . ISSN 1476-4687 . 
  18. Sreejith, KP; Sharma, Ashok Kumar; Basu, Prabir Kanti; Kottantharayil, Anil (1 de mayo de 2022). "Métodos de grabado para texturizar obleas de silicio multicristalino industriales: una revisión exhaustiva" . Solar Energy Materials and Solar Cells . 238 111531. Bibcode : 2022SEMSC.23811531S . doi : 10.1016/j.solmat.2021.111531 . ISSN 0927-0248 . 
  19. "Las células solares de contacto trasero con emisor asistido tienen una eficiencia del 20% en la actualidad, pero sus precios son muy elevados" . GreentechMedia . 14 de agosto de 2014.
  20. "¿Qué es PERC? ¿Por qué debería importarte?" . Solar Power World . 5 de julio de 2016.
  21. "Hoja de ruta tecnológica internacional para la energía fotovoltaica (ITRPV)" . vdma.org . Consultado el 9 de abril de 2024 .
  22. "Tecnología fotovoltaica solar PERC" .
  23. "Módulo fotovoltaico HIT" . Archivado del original el 11 de abril de 2009. Consultado el 5 de agosto de 2015 .
  24. "Por qué Panasonic HIT - Panasonic Solar HIT - Soluciones ecológicas - Negocios - Panasonic Global" . panasonic.net . Consultado el 17 de abril de 2018 .
  25. Taguchi, Mikio; Terakawa, Akira; Maruyama, Eiji; Tanaka, Makoto (1 de septiembre de 2005). "Obtención de un Voc más alto en celdas HIT" . Progress in Photovoltaics: Research and Applications . 13 (6): 481– 488. doi : 10.1002/pip.646 . ISSN 1099-159X . 
  26. ^ Wang, TH; Iwaniczko, E.; Página, señor; Levi, DH; Yan, Y.; Yelundur, V.; Branz, HM; Rohatgi, A.; Wang, Q. (2005). "Interfaces efectivas en células solares de heterounión de silicio" . Acta de la trigésima primera conferencia de especialistas fotovoltaicos del IEEE, 2005 . págs. 955– 958. doi : 10.1109/PVSC.2005.1488290 . hdl : 1853/25930 . ISBN  978-0-7803-8707-2. OSTI 15016495 . S2CID 13507811 .  
  27. Wolf, Stefaan De; Kondo, Michio (22 de enero de 2007). "Abruptidad de la interfaz a-Si:H/c-Si revelada por mediciones de la vida útil de los portadores". Applied Physics Letters . 90 (4): 042111. Bibcode : 2007ApPhL..90d2111D . doi : 10.1063/1.2432297 . ISSN 0003-6951 . 
  28. Mews, Mathias; Schulze, Tim F.; Mingirulli, Nicola; Korte, Lars (25 de marzo de 2013). "Tratamientos con plasma de hidrógeno para la pasivación de heterouniones de silicio amorfo-cristalino en superficies que promueven la epitaxia" . Applied Physics Letters . 102 (12): 122106. Bibcode : 2013ApPhL.102l2106M . doi : 10.1063/1.4798292 . ISSN 0003-6951 . 
  29. ^ Descoeudres, A.; Barraud, L.; Lobo, Stefan De; Strahm, B.; Lachenal, D.; Guérin, C.; Holman, ZC; Zicarelli, F.; Demaurex, B. (19 de septiembre de 2011). "Pasivación mejorada de la interfaz de silicio amorfo/cristalino mediante tratamiento con plasma de hidrógeno" . Letras de Física Aplicada . 99 (12): 123506. Código bibliográfico : 2011ApPhL..99l3506D . doi : 10.1063/1.3641899 . ISSN 0003-6951 . 
  30. ^ Tanaka, Makoto; Taguchi, Mikio; Matsuyama, Takao; Sawada, Toru; Tsuda, Shinya; Nakano, Shoichi; Hanafusa, Hiroshi; Kuwano, Yukinori (1 de noviembre de 1992). "Desarrollo de nuevas células solares de heterounión a-Si / c-Si: ACJ-HIT (unión-heterounión construida artificialmente con capa fina intrínseca)". Revista Japonesa de Física Aplicada . 31 (Parte 1, No. 11): 3518– 3522. Bibcode : 1992JaJAP..31.3518T . doi : 10.1143/jjap.31.3518 . S2CID 123520303 . 
  31. Street, RA; Biegelsen, DK; Knights, JC (15 de julio de 1981). "Estados de defecto en $a$-Si: H dopado y compensado". Physical Review B . 24 (2): 969– 984. Bibcode : 1981PhRvB..24..969S . doi : 10.1103/PhysRevB.24.969 .
  32. Banerjee, A.; Guha, S. (15 de enero de 1991). "Estudio de reflectores posteriores para la aplicación de células solares de aleación de silicio amorfo". Journal of Applied Physics . 69 (2): 1030– 1035. Bibcode : 1991JAP....69.1030B . doi : 10.1063/1.347418 . ISSN 0021-8979 . 
  33. De Wolf, Stefaan; Descoeudres, Antoine; Holman, Zachary C.; Ballif, Christophe (2012). "Celdas solares de heterounión de silicio de alta eficiencia: una revisión" (PDF) . Green . 2 (1): 7– 24. doi : 10.1515/green-2011-0018 . S2CID 138517035 . 
  34. 1 2 Chavali, RVK; Wilcox, JR; Ray, B.; Gray, JL; Alam, MA (1 de mayo de 2014). "Efectos no ideales correlacionados de las características I #x2013;V oscuras y claras en células solares de heterounión a-Si/c-Si" . IEEE Journal of Photovoltaics . 4 (3): 763– 771. doi : 10.1109/JPHOTOV.2014.2307171 . ISSN 2156-3381 . S2CID 13449892 .  
  35. Matsuura, Hideharu; Okuno, Tetsuhiro; Okushi, Hideyo; Tanaka, Kazunobu (15 de febrero de 1984). "Propiedades eléctricas de las heterouniones de silicio n-amorfo / p-cristalino". Revista de Física Aplicada . 55 (4): 1012– 1019. Bibcode : 1984JAP....55.1012M . doi : 10.1063/1.333193 . ISSN 0021-8979 . 
  36. Taguchi, Mikio; Maruyama, Eiji; Tanaka, Makoto (1 de febrero de 2008). "Dependencia de la temperatura de las células solares de heterounión de silicio amorfo/cristalino". Japanese Journal of Applied Physics . 47 (2): 814– 818. Bibcode : 2008JaJAP..47..814T . doi : 10.1143/jjap.47.814 . S2CID 121128373 . 
  37. Chavali, RVK; Moore, JE; Wang, Xufeng; Alam, MA; Lundstrom, MS; Gray, JL (1 de mayo de 2015). "El enfoque de potencial congelado para separar la fotocorriente y la corriente de inyección del diodo en células solares". IEEE Journal of Photovoltaics . 5 (3): 865– 873. doi : 10.1109/JPHOTOV.2015.2405757 . ISSN 2156-3381 . S2CID 33613345 .  
  38. Lu, Meijun; Das, Ujjwal; Bowden, Stuart; Hegedus, Steven; Birkmire, Robert (1 de mayo de 2011). "Optimización de células solares de heterounión de silicio con contacto posterior interdigitado: adaptación de las estructuras de banda de la heterointerfaz manteniendo la pasivación de la superficie". Progress in Photovoltaics: Research and Applications . 19 (3): 326– 338. doi : 10.1002/pip.1032 . ISSN 1099-159X . S2CID 97567531 .  
  39. 1 2 Chavali, RVK; Khatavkar, S.; Kannan, CV; Kumar, V.; Nair, PR; Gray, JL; Alam, MA (1 de mayo de 2015). "Caracterización multiprobe de la carga de inversión para la parametrización autoconsistente de celdas HIT". IEEE Journal of Photovoltaics . 5 (3): 725– 735. doi : 10.1109/JPHOTOV.2014.2388072 . ISSN 2156-3381 . S2CID 25652883 .  
  40. Kleider, JP; Chouffot, R.; Gudovskikh, AS; Roca i Cabarrocas, P.; Labrune, M.; Ribeyron, P. -J.; Brüggemann, R. (1 de octubre de 2009). "Propiedades electrónicas y estructurales de la interfaz de silicio amorfo/cristalino". Thin Solid Films . Actas del Sexto Simposio sobre Películas Delgadas para Electrónica de Gran Área. 517 (23): 6386– 6391. Bibcode : 2009TSF...517.6386K . doi : 10.1016/j.tsf.2009.02.092 .
  41. Li, Jian V.; Crandall, Richard S.; Young, David L.; Page, Matthew R.; Iwaniczko, Eugene; Wang, Qi (1 de diciembre de 2011). "Estudio de capacitancia de inversión en la interfaz amorfa-cristalina de células solares de heterounión de silicio tipo n" . Journal of Applied Physics . 110 (11): 114502–114502–5. Bibcode : 2011JAP...110k4502L . doi : 10.1063/1.3663433 . ISSN 0021-8979 . 
  42. Gudovskikh, AS; Kleider, J. -P.; Damon-Lacoste, J.; Roca i Cabarrocas, P.; Veschetti, Y.; Muller, J. -C.; Ribeyron, P. -J.; Rolland, E. (26 de julio de 2006). "Propiedades de la interfaz de células solares de heterounión a-Si:H/c-Si a partir de espectroscopia de admitancia". Thin Solid Films . EMSR 2005 - Actas del Simposio F sobre materiales de película delgada y nanoestructurados para fotovoltaicaEMSR 2005- Simposio FEMSR 2005 - Actas del Simposio F sobre materiales de película delgada y nanoestructurados para fotovoltaica. 511– 512: 385– 389. Bibcode : 2006TSF...511..385G . doi : 10.1016/j.tsf.2005.12.111 .
  43. Schmidt, M.; Korte, L.; Laades, A.; Stangl, R.; Schubert, Ch.; Angermann, H.; Conrad, E.; Maydell, K. v. (16 de julio de 2007). "Aspectos físicos de las células solares de heterounión a-Si:H/c-Si". Thin Solid Films . Actas del Simposio I sobre Películas Delgadas para Electrónica de Gran Área Conferencia EMRS 2007 EMRS 2006 - Simposio I. 515 (19): 7475– 7480. Bibcode : 2007TSF...515.7475S . doi : 10.1016/j.tsf.2006.11.087 .
  44. Bivour, Martin; Reichel, Christian; Hermle, Martin; Glunz, Stefan W. (1 de noviembre de 2012). "Mejora del contacto del emisor trasero a-Si:H(p) de las células solares de silicio tipo n". Solar Energy Materials and Solar Cells . SiliconPV. 106 : 11–16 . Bibcode : 2012SEMSC.106...11B . doi : 10.1016/j.solmat.2012.06.036 .
  45. Das, Ujjwal; Hegedus, Steven; Zhang, Lulu; Appel, Jesse; Rand, Jim; Birkmire, Robert (2010). "Investigación de las propiedades de la heterointerfaz y la unión en células solares de heterounión de silicio". 35.ª Conferencia de Especialistas en Fotovoltaica del IEEE de 2010. págs. 001358–001362 . doi : 10.1109/PVSC.2010.5614372 . ISBN  978-1-4244-5890-5. S2CID 24318974 . 
  46. ^ Battaglia, Corsin; Nicolás, Silvia Martín de; Lobo, Stefan De; Yin, Xingtiano; Zheng, Maxwell; Ballif, Christophe; Javey, Ali (17 de marzo de 2014). "Célula solar de heterounión de silicio con contacto MoOx selectivo de orificio pasivado" . Letras de Física Aplicada . 104 (11): 113902. Código bibliográfico : 2014ApPhL.104k3902B . doi : 10.1063/1.4868880 . ISSN 0003-6951 . S2CID 14976726 .  
  47. Masuko, K.; Shigematsu, M.; Hashiguchi, T.; Fujishima, D.; Kai, M.; Yoshimura, N.; Yamaguchi, T.; Ichihashi, Y.; Mishima, T. (1 de noviembre de 2014). "Logro de una eficiencia de conversión superior al 25 % con una célula solar de heterounión de silicio cristalino". IEEE Journal of Photovoltaics . 4 (6): 1433– 1435. doi : 10.1109/JPHOTOV.2014.2352151 . ISSN 2156-3381 . S2CID 31321943 .  
  48. Asadpour, Reza; Chavali, Raghu VK; Khan, M. Ryyan; Alam, Muhammad A. (15 de junio de 2015). "Un tándem orgánico-inorgánico de perovskita y heterounión bifacial de Si para producir una célula solar de alta eficiencia (ηT* ~ 33%)". Applied Physics Letters . 106 (24): 243902. arXiv : 1506.01039 . Bibcode : 2015ApPhL.106x3902A . doi : 10.1063/1.4922375 . ISSN 0003-6951 . S2CID 109438804 .  
  49. 1 2 Green, MA (2004), "Desarrollos recientes en energía fotovoltaica", Solar Energy , 76 ( 1–3 ): 3–8 , Bibcode : 2004SoEn...76....3G , doi : 10.1016/S0038-092X(03)00065-3 , hdl : 1959.4/unsworks_80618.
  50. SA Campbell (2001), La ciencia y la ingeniería de la fabricación microelectrónica (2.ª ed.), Nueva York: Oxford University Press, ISBN  978-0-19-513605-0
  51. Rai-Choudhury, P.; Hower, PL (1973). "Crecimiento y caracterización del silicio policristalino" . Journal of the Electrochemical Society . 120 (12): 1761. Bibcode : 1973JElS..120.1761R . doi : 10.1149/1.2403359 .
  52. Streetman, BG y Banerjee, S. (2000), Dispositivos electrónicos de estado sólido (5.ª ed.), Nueva Jersey: Prentice Hall, ISBN  978-0-13-025538-9.
  53. Shah, AV; et al. (2003), "Investigación sobre materiales y células solares en silicio microcristalino" (PDF) , Solar Energy Materials and Solar Cells , 78 ( 1–4 ): 469–491 , Bibcode : 2003SEMSC..78..469S , doi : 10.1016/S0927-0248(02)00448-8 .
  54. "Artículos técnicos" . semiconductor.net . Consultado el 17 de abril de 2018 .{{cite web}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  55. Myong, Seung; Kwon, Seong; Kwak, Joong; Lim, Koeng; Pearce, Joshua; Konagai, Makoto (2006). "Buena estabilidad de las células solares multicapa de silicio protocristalino frente a la irradiación de luz originada por la distribución verticalmente regular de granos de silicio aislados de tamaño nanométrico". 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conference . pp. 1584–1587 . doi : 10.1109/WCPEC.2006.279788 . ISBN  978-1-4244-0016-4. S2CID 41872657 . 
  56. Myong, Seung Yeop; Lim, Koeng Su; Pears, Joshua M. (2005). "Estructuras de doble capa p de carburo de silicio amorfo que producen células solares multicapa de silicio protocristalino tipo pin altamente estabilizadas" (PDF) . Applied Physics Letters . 87 (19): 193509. Bibcode : 2005ApPhL..87s3509M . doi : 10.1063/1.2126802 . S2CID 67779494 . 
  57. 1 2 3 Kishore, R.; Hotz, C.; Naseem, HA y Brown, WD (2001), "Cristalización inducida por aluminio de silicio amorfo (α-Si:H) a 150 °C", Electrochemical and Solid-State Letters , 4 (2): G14– G16, doi : 10.1149/1.1342182.
  58. ^ Yuan, Zhijun; Lou, Qihong; Zhou, junio; Dong, Jingxing; Wei, Yunrong; Wang, Zhijiang; Zhao, Hongming; Wu, Guohua (2009), "Análisis numérico y experimental sobre la cristalización con láser verde de películas delgadas de silicio amorfo" , Optics & Laser Technology , 41 (4): 380– 383, Bibcode : 2009OptLT..41..380Y , doi : 10.1016/j.optlastec.2008.09.003.
  59. Lee, Hyun Seok; Choi, Sooseok; Kim, Sung Woo; Hong, Sang Hee (2009), "Cristalización de película delgada de silicio amorfo mediante un chorro de plasma térmico", Thin Solid Films , 517 (14): 4070–4073 , Bibcode : 2009TSF...517.4070L , doi : 10.1016/j.tsf.2009.01.138 , hdl : 10371/69100.