Células solares de silicio cristalino
Las células basadas en silicio pertenecen a la primera y más antigua generación de células solares. Con una cuota de producción global del 97% (2023), dominan completamente el mercado.
¿Por qué silicio?
El silicio es especialmente adecuado para células solares:
| Propiedad | Ventaja |
|---|---|
| Abundancia | Segundo elemento más abundante en la corteza terrestre |
| Propiedades semiconductoras | Ideal para el efecto fotovoltaico |
| Estabilidad | Larga vida útil (25+ años) |
| Experiencia en fabricación | Décadas de optimización |
Monocristalino vs. Policristalino
La diferencia principal reside en la estructura cristalina:
Silicio monocristalino
Proceso Czochralski: Las obleas se cortan de un solo cristal
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Estructura | Un cristal continuo |
| Color | Azul oscuro a negro |
| Eficiencia | 20–24% (comercial) |
| Fabricación | Proceso Czochralski |
Ventajas:
- Mayor eficiencia
- Larga vida útil
- Mejor eficiencia superficial
Desventajas:
- Mayores costes de fabricación
- Proceso de producción más complejo
Silicio policristalino
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Estructura | Muchos cristales pequeños |
| Color | Azul claro, brillante |
| Eficiencia | 17–19% (comercial) |
| Fabricación | Proceso de fundición |
Ventajas:
- Fabricación más económica
- Proceso de producción más sencillo
Desventajas:
- Menor eficiencia
- Cuota de mercado en descenso
Tendencia del mercado: Los módulos policristalinos están siendo sustituidos cada vez más por monocristalinos. La diferencia de precio se ha vuelto mínima, mientras que la diferencia de eficiencia sigue siendo significativa.
Tecnologías de fabricación en detalle
AL-BSF: El estándar clásico
AL-BSF significa "Aluminium Back Surface Field" – el estándar durante décadas.
Estructura de capas de una célula solar AL-BSF clásica
| Capa | Función |
|---|---|
| Contacto N | Polo negativo, conducción de corriente |
| Silicio dopado N | Exceso de electrones |
| Unión PN | Separación de cargas |
| Silicio dopado P | Material base |
| Capa de aluminio | Reduce la recombinación |
| Contacto P | Polo positivo |
Eficiencia: 18–20% (comercial)
PERC: La evolución
PERC = "Passivated Emitter and Rear Cell" – una evolución de AL-BSF.
Mejoras respecto a AL-BSF:
- Capa de pasivación adicional
- Contactos traseros locales
- Menor recombinación
| Aspecto | AL-BSF | PERC |
|---|---|---|
| Eficiencia | 18–20% | 21–23% |
| Recombinación | Mayor | Menor |
| Coste | Bajo | Moderado |
| Cuota de mercado | En descenso | Dominante |
PERC es actualmente la tecnología más vendida.
HIT/SHJ: Tecnología de heterounión
HIT = "Heterojunction with Intrinsic Thin Layer" (también SHJ = Silicon Heterojunction)
Combinación de silicio cristalino y amorfo
| Capa | Material |
|---|---|
| Contacto N | Rejilla metálica |
| Unión PN | Heterounión |
| Si cristalino | Dopado N (base) |
| Si amorfo | No dopado + dopado P |
| TCO | Capa de óxido transparente |
| Contacto P | Capa metálica |
Ventajas de HIT/SHJ:
- Muy alta eficiencia (22–24%)
- Bajo coeficiente de temperatura
- Posible uso bifacial
- Mayor vida útil
Desventajas:
- Fabricación más compleja
- Mayores costes
TOPCon: La nueva estrella
TOPCon = "Tunnel Oxide Passivated Contact" – el nuevo líder ascendente.
TOPCon: Capa de óxido túnel para máxima eficiencia
| Capa | Función |
|---|---|
| Contacto N | Conducción de corriente |
| Capa de pasivación | Reduce la recombinación |
| Silicio dopado N | Base (¡célula tipo N!) |
| Unión PN | Separación de cargas |
| Capa de óxido túnel | Permite el efecto túnel |
| Silicio dopado P | Delgado |
| Contacto P | Conducción de corriente |
Particularidad: La capa de óxido túnel aprovecha el efecto túnel cuántico: permite el paso de electrones pero no de huecos.
Ventajas de TOPCon:
- Mayor eficiencia comercial (22–24%)
- Basada en líneas de producción PERC (reconversión posible)
- Tipo N: Sin degradación inducida por luz
- Buen comportamiento con luz difusa
Comparación de tecnologías
Valoración: ++ muy bueno, + bueno, - malo, -- muy malo
Resumen
| Tecnología | Eficiencia | Coste | Tendencia |
|---|---|---|---|
| AL-BSF | 18–20% | Bajo | ↓ En desuso |
| PERC | 21–23% | Moderado | → Estable |
| HIT/SHJ | 22–24% | Alto | ↑ Premium |
| TOPCon | 22–24% | Moderado | ↑↑ Fuerte crecimiento |
¿Qué tecnología elegir?
| Situación | Recomendación | Motivo |
|---|---|---|
| Orientado al presupuesto | PERC | Mejor relación calidad-precio |
| Máxima eficiencia | TOPCon o HJT | Mayores eficiencias |
| Superficie de tejado limitada | Tipo N (TOPCon/HJT) | Más rendimiento por m² |
| Instalación de balcón | PERC | Económico y suficiente |
| Inversión a largo plazo | Tipo N | Menor degradación |
Conclusión
Resumen: Las células de silicio cristalino dominan el mercado solar con el 97%. La tendencia apunta claramente hacia células tipo N: se espera que TOPCon sustituya a PERC como tecnología estándar. Para nuevas instalaciones se recomiendan módulos TOPCon – ofrecen el mejor equilibrio entre eficiencia, durabilidad y precio.
Continúa en: En el siguiente artículo Capa fina y nuevas tecnologías descubrirá todo sobre CdTe, CIGS, perovskita y células tándem.
Fuentes
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- ITRPV: International Technology Roadmap for Photovoltaic 2024
- D. Pan, T. Guo, X. Chen: Silicon-based solar cell: Materials, fabrication and applications. ISCTIS 2021
- Lindroos, J.; Savin, H.: Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 2016