Funcionamiento de Una Celda Solar
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Energía Solar Fotovoltaica y Funcionamiento de una celda
solar
Estado Sólido Micro y Nanosistemas
Mikel Hurtado
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Figura 1. Dependencia de los combustibles
La actual demanda energética mundial debe tomar vías alternativas de aprovechamiento y almacenamiento de energía que estén de acuerdo con las necesidades de un uso ventajoso y limpio que beneficie a la sociedad.
1. Introducción
Figura 2. Energías alternativas a) eólica, b) solar, c) hidroeléctrica, d) celdas de combustible, e)
geotérmica y f) mareomotriz. 3
a ) b) c)
d) e) f)
Energías Alternativas
4
Figura 3. Contribución de las energías renovables a la generación global de electricidad
REN24 Global status report - 2013
Figura 4. Países con mayor capacidad instalada de generación FV, 2013
Consumo energético Global
5
Ventajas de la Energía Solar
Figura 5. Módulos solares fotovoltaicos
Figura 6. Aplicaciones diversas de las celdas solares
• La fuente ilimitada y disponible.
• Energía límpia
• No produce ruido
• Métodos físicos y/o químicos.
• Potencias de mW hasta MW.
• Bajo costo de mantenimiento.
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Figura 7. Máximas eficiencias de conversión desde 1995.
[1] ] NREL National Renewable Energy Laboratory, statistics efficiency 2013.
2. Estado Actual
7
Silicio amorfo (a-Si) [2]
Teluro de cadmio (CdTe) [3]
Calcopirita de Cu(In,Ga)Se2 (CIGSSe) y CuInS2 (CIS) [4-6]
Máxima eficiencia de conversión 20.3% con celdas solares de juntura simple Cu(In,Ga)Se2 [7]. Mejores densidades de fotocorriente comparado con a-Si y TeCd
Figura 8. Celdas solares tipo a) Si amorfo, b) CdTe y c) CIS
a)
b)
c)
Laboratorio a la industria
[2] D.E. Carlson. Materials Research, Vol.13 (10) (1998) 2754-2762[3] X. Wu. Proc. 17th European PV Solar Energy Conf., Munich (2001) 995[4] M.A. Contreras. P P. Research and Application, 7 (1999) 311-316[5] M. Powala. Proc. 29th IEEE PV Specialist Conf., New Orleans (2001) 571
Watt/Pico
1 USD/W
0.6 USD/W
0.8 USD/W
[6] K. Ramanathan. Research and applications, 11 (2003) 225-230[7] Philip Jackson. Research and Applications, 19, (2011), pp. 894-897
TCO (ZnO)
Capa Buffer (CdS)
Capa absorbente Cu(In1-xGax)Se2 (CIGS)
Contacto inferior (Mo)
Sustrato de vidrio
Tipo n
Tipo p
hu
e-
+ + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _
Contacto eléctrico
e-
e-
h+
ΔE {
Componentes de interés
ZCE
Ventana óptica
Capa absorbente Cu2ZnSnS4 (CZTS)
Capa Buffer (ZnS)Capa Buffer (CdS)
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Figura 9. Sección transversal de una celda solar de tipo heterojuntura p/n, mostrando la estructura del concepto capa absorbente-ventana óptica. Estructura, funcionamiento y componentes de una celda solar
3. Funcionamiento
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10
• In y Ga estratégicos
• Zn y Sn abundantes
• S < tóxico Se
• Red CCC de aniones de S. ½ IT ocupados por cationes
¿Por qué reemplazar el CIS por CZTS?
Figura 10. Estructuras CIS y CZTS
11 [8] S.A. Vanalakar,.A review on pulsed laser deposited CZTS thin films for solar cell applications, Journal of Alloys and Compounds (2014), doi:10.1016/j.jallcom.2014.09.018
Figura 11. Evolución y record de celdas solares de película delgada basadas en CZTS y CZT(S,Se) [8].
Celdas CZTS