¿Qué son las células solares de silicio?

Las células solares son dispositivos que convierten la energía de la luz en energía eléctrica. Para que funcionen correctamente, las celdas deben cubrirse con un material semiconductor que pueda absorber la luz. Las células solares de silicio son células solares que están recubiertas con silicio, y son el tipo más común utilizado. Estas celdas están conectadas en serie llamadas módulos, y los módulos están interconectados para formar una matriz que produce el voltaje deseado. Luego se colocan en un recipiente protector detrás de paneles de vidrio que dirigen la luz solar a las células.

Cuando la luz golpea el panel solar, los fotones son absorbidos por el material semiconductor. Los electrones se sueltan y fluyen a través del material produciendo electricidad. Una serie de células solares de silicio convierte esta energía en electricidad de corriente continua (CC). En un sistema integrado, la electricidad se alimenta a la red eléctrica mediante inversores. Los productos solares independientes almacenan la electricidad en baterías.

Si bien el silicio es un elemento muy común, generalmente está unido a sílice. El silicio puro debe extraerse de la sílice y luego procesarse para aumentar su conductividad. El silicio puro es un mal conductor de la electricidad, pero cuando se agregan ciertas impurezas, típicamente átomos de fósforo, se convierte en un excelente conductor. Este procesamiento gasta una gran cantidad de energía y es responsable del alto costo de las células solares de silicio. Las células fabricadas tradicionalmente usan silicio monocristalino en forma masiva que se corta en obleas.

Para ayudar a mitigar el costo, los científicos han desarrollado células solares de silicio de película delgada. Estos usan solo alrededor del uno por ciento del silicio que usaría una celda tradicional, pero desafortunadamente, son mucho menos eficientes. Se han desarrollado celdas hechas con múltiples capas de película delgada que son tan eficientes como las celdas tradicionales más caras y, sin embargo, mantienen los beneficios de menor costo, menor peso y mayor flexibilidad. Las células de silicio policristalinas y amorfas de película delgada son opciones adicionales de menor costo.

Otro desafío para los científicos es encontrar una manera de aumentar la efectividad de las células solares de silicio. La luz solar tiene una amplia gama de longitudes de onda que contienen fotones con una amplia gama de energías. Algunos de estos son demasiado débiles o demasiado fuertes para formar el par de agujeros de electrones requerido para ser capturado por el material semiconductor. La mayoría de las células son solo un 15% eficientes, lo que significa que solo capturan el 15% de la energía eléctrica disponible a la luz solar que atraviesa los paneles.

Se está trabajando en todo el mundo para encontrar formas de aumentar la eficiencia y disminuir el costo de las células solares de silicio. Encontrar formas de aumentar la eficiencia de la película delgada, lo que disminuye considerablemente el costo, es una prioridad de un proyecto de investigación financiado por la Unión Europea. Una compañía en Japón ha desarrollado células solares de silicio para su uso en múltiples productos que tiene una eficiencia promedio del 25%. Boeing-Spectrolab, una corporación estadounidense ha desarrollado una célula solar concentradora de silicio que tiene una eficiencia del 40.7%.

Se requiere investigación y desarrollo de Mare antes de que la energía solar se convierta en una fuente de energía primaria, sin embargo, esta es un área que está recibiendo atención y financiamiento internacional. A medida que el costo disminuye y la eficiencia mejora, la energía solar puede volverse mucho más común. Incluso con estos desafíos, las células solares de silicio ya se utilizan en una variedad de productos. Estos incluyen artículos cotidianos como calculadoras, linternas, cargadores de teléfonos, fuentes de agua y sistemas de agua caliente sanitaria y comercial.