Célula solar de unión múltiple
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 un rango más amplio de longitudes de onda, mejorando la eficiencia de conversión de la luz solar de la celda a energía eléctrica.
Las celdas tradicionales de unión simple tienen una eficiencia teórica máxima del 33,16%. [2] Teóricamente, un número infinito de uniones tendría una eficiencia limitante del 86,8% bajo luz solar altamente concentrada. [3]
Actualmente, los mejores ejemplos de laboratorio de células solares de silicio cristalino (c-Si) tradicionales tienen eficiencias entre el 20% y el 25%, [4] 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 obtiene a costa de una mayor complejidad y precio de fabricación. Hasta la fecha, su precio más alto y su relación precio-rendimiento más alta han limitado su uso a roles especiales, especialmente en la industria aeroespacial, donde su altaEs deseable una relación potencia / peso . En aplicaciones terrestres, estas células solares están surgiendo en concentradores fotovoltaicos (CPV), con un número creciente de instalaciones en todo el mundo. [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 , en contraposición al silicio cristalino convencional, para producir una celda con aproximadamente un 10% de eficiencia que sea liviana y flexible. Este enfoque ha sido utilizado por varios proveedores comerciales, [11] pero estos productos están actualmente limitados a ciertos roles de nicho, como materiales para techos.
Las células fotovoltaicas tradicionales se componen comúnmente de silicio dopado con contactos metálicos depositados en la parte superior e inferior. El dopaje se aplica normalmente 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 se transmiten a la celda. Los fotones transmitidos tienen el potencial de dar su energía, hν , a un electrón si hν ≥ E g , generando un par electrón- hueco . [13] En la región de agotamiento, la deriva de campo eléctrico E deriva acelera ambos electrones y los huecos hacia sus respectivos n-dopado y regiones p-dopado (arriba y abajo, respectivamente). La corriente resultante I g se llama fotocorriente generada . En la región casi neutra, el campo eléctrico de dispersión Escatt acelera los huecos (electrones) hacia la región p-dopada (n-dopada), lo que da una fotocorriente de dispersión I pscatt ( I nscatt ). En consecuencia, debido a la acumulación de cargas , aparecen un potencial V y una fotocorriente I ph . La expresión de esta fotocorriente se obtiene sumando fotocorriente de generación y dispersión: I ph = I g + I nscatt + I pscatt .
