Tecnologías de la célula solar fotovoltaica

Los dos tipos principales de tecnología fotovoltaica son los de células de silicio y los de células de película delgada. Hay tres clases de células del silicio: silicio monocristalino, silicio multicristalino (también llamado polisilicio) y silicio amorfo. El silicio monocristalino se corta de un solo cristal del silicio, y es levemente más caro y eficiente. El silicio multicristalino (o policristalino) se hace a partir de cristales pequeños múltiples de silicio, y es ligeramente más barato y menos eficiente. Aproximadamente el 90% de las células solares fotovoltaicas vendidas son de células de silicio: necesitan la mitad de espacio que las de película delgada y tienen un promedio de eficacia del 15%, comparada al promedio de la película delgada, que es del 7 al 10%. No obstante, la película delgada se está imponiendo en los laboratorios de investigación a causa de la escasez de silicio en grado solar. El silicio amorfo es silicio en una forma no cristalina, con defectos en sus enlaces atómicos.

La tecnología de la célula solar de silicio es bastante estándar, y la mayor parte de la investigación tecnológica se centra en la película fina. La mayoría de la película fina o delgada consiste en una sustancia absorbente solar rociada sobre una capa, o aplicada con gas a una capa, o, más recientemente, de una tinta solar impresa sobre una capa. Las tecnologías de la película fina se diferencian sobre todo en el material que utilizan. La película fina utiliza típicamente el 1%, o menos, del silicio normal, es más barata, y es también a veces flexible, pero es menos eficiente. La película fina se imprime a menudo sobre una lámina, haciéndola flexible. Una película delgada se puede rociar sobre una capa para hacer película fina del silicio amorfo. Es más barata, pero menos eficiente, que el silicio normal, y absorbe solamente el espectro visible de la luz. El silicio nano-cristalino, también llamado microcristalino, es una clase de silicio amorfo pero contiene cristales pequeños. Es más fácil de hacer que el silicio normal, absorbe un espectro más amplio de la luz que el amorfo, y es flexible.

Las tres principales clases de película fina son: CIGS, telurio de cadmio, y CIS. Los CIGS están basados en el cobre, el indio, el galio y el selenio. Los productos químicos se mezclan para formar una película delgada con hasta el 14%, o según algunos informes, 16.5% de eficacia. Utiliza una clase más complicada de reacción química que el silicio. Se utilizan los CIGS para conseguir una eficacia mejor al concentrar la luz con espejos. El telurio de cadmio, conocido como CdTe, es otra clase de película fina. Tiene cualidades útiles, pero tiene el problema que la sustancia es tóxica. CdTe es también menos eficiente que el silicio, aunque es más barato de fabricar. CIS, una clase de película de cobre, puede ser un 11% eficiente, pero es costosa.

La multiunión del arseniuro de galio es otra clase de película fina de alta eficiencia diseñada normalmente para el uso industrial espacial. Se compone de capas de diversos materiales de película fina, que absorben un diverso espectro de la luz. Puede ser tan alto como el 39% de eficiente, un número que otras células solares pueden alcanzar solamente en condiciones de laboratorio y no en condiciones de fabricación, pero cuesta unos 40 dólares por centímetro cuadrado.

Dos áreas de la investigación de la película fina que han recibido mucha atención son las células solares de tinte y las células solares orgánicas o polímeros. El tinte sensibilizado de la célula solar usa un electrolito de yoduro entre dos electrodos, uno de los cuales tiene el dióxido de titanio y tinte. El tinte trabaja de modo semejante a la fotosíntesis de las plantas, y crea una corriente eléctrica a partir de la luz. Es barato y simple de hacer, pero se desgasta rápidamente, pues se degrada por efecto de la luz. La célula orgánica se hace con semiconductores, polímeros y compuestos orgánicos nanomoleculares. Este tipo de película fina también se degrada rápidamente por efecto de la luz.

El tipo final de alternativa a la tecnología solar del silicio es el quántum y la nanotecnología. Los puntos de quantum son una clase de semiconductor de silicio nanocristalino con una alta eficiencia. Sin embargo, todavía está en la etapa de desarrollo de laboratorio. BP solar y CalTech están intentando desarrollar nanorods solares, las barras microscópicas de silicio que aumentarán el área superficial de las células solares para una eficacia económica mayor. Esta tecnología está también en la etapa de desarrollo.

Además, hay dos clases de tecnología fotovoltaica que son más una modificación de la tecnología existente que un nuevo tipo de tecnología. La primera es la fotovoltaica transparente, prevista para el uso en ventanas. La fotovoltaica transparente todavía está desarrollándose en el laboratorio, pero los prototipos han mostrado hasta ahora mala calidad. La segunda es el silicio 'negro' supuesto, en el cual las abolladuras y los topetones microscópicos a través de la superficie del fotovoltaica crean un área superficial más grande que se pueda exponer a la luz. Se cree que éste aumentará la eficacia, pero también está en proceso de desarrollo.