Célula solar multiunión
Las células solares de múltiples uniones ( MJ ) son células solares con múltiples uniones p-n hechas de diferentes materiales semiconductores . La unión pn de cada material producirá corriente eléctrica en respuesta a diferentes longitudes de onda de luz . El uso de múltiples materiales semiconductores permite la absorbancia de una gama más amplia de longitudes de onda, mejorando la eficiencia de conversión de la luz solar en energía eléctrica de la celda.
Las celdas tradicionales de unión única tienen una eficiencia teórica máxima del 33,16%. [2] En teoría, un número infinito de uniones tendría una eficiencia límite del 86,8 % bajo luz solar muy concentrada. [3]
Actualmente, los mejores ejemplos de laboratorio de células solares tradicionales de silicio cristalino (c-Si) tienen eficiencias entre el 20 % y el 25 %, [4] [ fuente obsoleta ] mientras que los ejemplos de laboratorio de células de unión múltiple han demostrado un rendimiento superior al 46 % bajo luz solar concentrada . [5] [6] [7] Los ejemplos comerciales de celdas en tándem están ampliamente disponibles al 30 % bajo la iluminación de un solo sol, [8] [9] y mejoran a alrededor del 40 % bajo luz solar concentrada. Sin embargo, esta eficiencia se gana a costa de una mayor complejidad y precio de fabricación. Hasta la fecha, su precio más elevado y su mayor relación precio-rendimiento han limitado su uso a funciones especiales, especialmente enaeroespacial donde su alta relación potencia-peso es deseable. En aplicaciones terrestres, estas células solares están emergiendo en la energía fotovoltaica de concentración (CPV), pero no pueden competir con los paneles solares de unión única a menos que se requiera una mayor densidad de potencia. [10]
Se han utilizado técnicas de fabricación en tándem para mejorar el rendimiento de los diseños existentes. En particular, la técnica se puede aplicar a celdas solares de película delgada de menor costo que utilizan silicio amorfo , a diferencia del silicio cristalino convencional, para producir una celda con una eficiencia de alrededor del 10% que es liviana y flexible. Este enfoque ha sido utilizado por varios proveedores comerciales, [11] pero estos productos actualmente están limitados a ciertas funciones de nicho, como materiales para techos.
Las celdas fotovoltaicas tradicionales se componen comúnmente de silicio dopado con contactos metálicos depositados en la parte superior e inferior. El dopaje normalmente se aplica a una capa delgada en la parte superior de la celda, produciendo una unión pn con una energía de banda prohibida particular, E g .
Los fotones que golpean la parte superior de la celda solar se reflejan o transmiten al interior de la celda. Los fotones transmitidos tienen el potencial de ceder su energía, hν , a un electrón si hν ≥ E g , generando un par electrón -hueco . [13] En la región de empobrecimiento, la deriva del campo eléctrico E acelera tanto los electrones como los huecos hacia sus respectivas regiones dopadas en n y dopadas en p (hacia arriba y hacia abajo, respectivamente). La corriente resultante I g se llama fotocorriente generada . En la región casi neutra, el campo eléctrico de dispersión E scatt acelera los huecos (electrones) hacia la región p-dopada (n-dopada), lo que genera una fotocorriente de dispersión I pscatt ( I nscatt ). En consecuencia, debido a la acumulación de cargas , aparece un potencial V y una fotocorriente Iph . La expresión de esta fotocorriente se obtiene sumando las fotocorrientes de generación y dispersión: I ph = I g + I nscatt + I pscatt .
