Métodos De Síntesis De Silicio Para Uso En Celdas Solares

[pic 1]

INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL Y DE CAMPO

Informe final

Tema: Métodos De Síntesis De Silicio Para Uso En Celdas Solares

Nombre del aspirante: Brian Everardo Camargo Espíndola

Fecha de Entrega: 26 de mayo de 2019

INDICE

INTRODUCCION……………………………………………………………………………………… 1

METODOLOGIA……………………………………………………………………………………… 3

RESULTADOS…………………………………………………………………………………………4

MARCO TEORICO…………………………………………………………………………….4

RESULTADOS DOCUMENTALES…………………………………………………………..9

RESULTADOS DE CAMPO…………………………………………………………………13

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………………………………18

REFERENCIAS Y FUENTES DE CONSULTA…………………………………………………….19

ANEXOS………………………………………………………………………………………………20

INTRODUCCIÓN.

La energía solar es una fuente de energía renovable, esencialmente no contaminante y prácticamente ilimitada a nivel humano. Su aprovechamiento puede realizarse convirtiendo la radiación electromagnética proveniente del Sol en calor (conversión fototérmica) o directamente en electricidad utilizando el efecto fotovoltaico. El elemento básico de la generación fotovoltaica es el módulo fotovoltaico, que junto con otros componentes mecánicos (estructuras soporte) y eléctricos (inversores de corriente continua a alterna, baterías, reguladores, etc.) constituyen el sistema fotovoltaico. (Plá, Juan., Pérez Ma. Dolores., Durán, Julio C. 2016)

De acuerdo con estudios del National Renewable Energy Laboratory, México es un país con altos niveles de radiación solar sobre todo en el noroeste del país, lo cual hace muy relevante el desarrollo y aplicación de materiales fotovoltaicos. Recientemente el gobierno ha solicitado apoyo internacional para el diseño de un plan de aplicación de energías renovables (Watson, Bracho, Romero, & Mercer, 2015).

Los dispositivos fotovoltaicos son capaces de transformar la energía de los fotones en forma de energía eléctrica la cual es de fácil aprovechamiento. Básicamente cualquier material semiconductor es capaz de exhibir esta propiedad, pero son pocos los que son viables para este uso debido a las características “extras” que deben tener estos materiales para funcionar como tecnología fotovoltaica. Uno de estos materiales es el silicio el cual es el semiconductor más usado en la industria electrónica. Las principales razones de esto es que es muy abundante, de bajo costo y tiene buenas propiedades fotovoltaicas.

OBJETIVO GENERAL:

Analizar y describir un método empleado para la síntesis de silicio para uso y aplicación en celdas solares.

OBJETIVOS PARTICULARES:

1.- Describir las características y propiedades físico-químicas que debe tener el silicio usado en la fabricación de celdas solares

2.- Generar un diagrama del proceso de síntesis y purificación.

3.- Describir un método de caracterización de Silicio.

METODOLOGIA

Se realizó una investigación documental y de campo.

Se inició la investigación de forma documental, por una parte, se buscaron trabajos de investigación relacionados con el tema principal, tales como tesis de licenciatura y posgrados, que fueron los que más información relacionada tenían respecto a la línea de investigación que se estableció, leí artículos de revistas de divulgación científica, ya que están mejor sustentados que en otro tipo de revistas y/o páginas web. Sin embargo, la búsqueda de tesis fue mediante los portales de acceso al publico de la UNAM e IPN, se acudió al Instituto de Investigaciones en Materiales para recolectar más información por medio de una entrevista y una bitácora de investigación.

Durante la entrevista al Dr. Seleccioné las preguntas con base al tema de investigación expandiendo y enriqueciendo el tema, nutriendo de información de primera mano.

PROGRAMA DE TRABAJO:

Para una mejor distribución del tiempo y actividades involucradas, propongo el siguiente plan de trabajo de acuerdo a lo mostrado en el siguiente diagrama de Gantt

[pic 2]

RESULTADOS

MARCO TEORICO

México y el sector energético.

La búsqueda de fuentes de energía alternas ha sido de suma importancia desde la década de los 70. Varias han sido las propuestas, desde la energía eólica donde se aprovecha la energía cinética del viento hasta la energía proporcionada por el sol en forma de luz (Tüysuz & Chan, 2016).

El informe de la secretaría de energía del año 2016 muestra que: del 100% de la energía eléctrica producida en México, sólo el 15.41% corresponde a energías renovables (hidroeléctrica, eólica, biogás, bagazo, geotérmica y fotovoltaica),  como se muestra en la figura 1.

[pic 3]

Figura 1. Generación de energías Renovables en México

De ese 15.41% solamente el 0.07% es el generado por energía fotovoltaica, lo cual es lamentable ya que, de acuerdo con estudios del National Renewable Energy Laboratory, México es un país con altos niveles de radiación solar sobre todo en el noroeste del país y, como se puede apreciar en la figura 2, el índice de radiación solar promedio a lo largo del año es de 2000-2800 KWh/m2 (Watson, Bracho, Romero, & Mercer, 2015) (SENER, 2017).

Por lo que es indispensable el desarrollo de materiales y dispositivos, que hagan posible el uso de energía solar como alternativa a los combustibles fósiles que se usan actualmente.

[pic 4]

Figura 2. Promedio mundial de irradiación solar

Dispositivos fotovoltaicos

La energía solar puede ser utilizada para generar electricidad, esto puede hacerse por dos métodos. El primero y el más simple de realizar es usar la energía calorífica de la radiación solar. Por ejemplo, el calor puede evaporar el agua y formar las nubes donde el agua tendrá una mayor energía potencial. Al precipitar en lagos, puede aprovecharse la energía del flujo del agua como se hace en las centrales hidroeléctricas. El segundo método de utilizar la energía solar para producir energía eléctrica y quizá el más elegante, es a través de la celda fotovoltaica, que además es una alternativa a los combustibles fósiles que se usan actualmente como fuente de energía. Las celdas fotovoltaicas son dispositivos en estado sólido, que pueden absorber energía solar en forma de luz y transformarla en energía eléctrica por efecto fotovoltaico.

Generaciones de celdas fotovoltaicas

Existen tres generaciones de celdas fotovoltaicas:

La primera que además es la más utilizada actualmente, se trata de celdas fabricadas usando obleas silicio cristalino y policristalino, este tipo de celdas tienen eficiencias cercanas al 20% y a pesar de que el costo del proceso de fabricación es alto, debido a la pureza que deben de tener las obleas, siguen siendo las más utilizadas debido a su eficiencia y durabilidad.

La segunda generación consiste en celdas que ocupan películas delgadas en su fabricación. Crear celdas de este tipo resulta más económico y más sencillo que las de materiales cristalinos ya que en su mayoría se crean usando técnicas de depósito químico en fase vapor. Debido a su proceso de producción es posible crear celdas sobre materiales flexibles lo que aumenta sus aplicaciones, sin embargo, tienen poca eficiencia (aproximadamente 8%) y su durabilidad es menor. Por estas razones suelen utilizarse en dispositivos de bajo consumo electrónico en su mayoría desechable.

La tercera generación de celdas fotovoltaicas consiste en celdas solares compuestas por multicapas de materiales, en donde cada una de esas capas es capaz de absorber cierta región del espectro electromagnético emitido por la luz solar.

A pesar de que este tipo de dispositivos están basados en tecnología altamente sofisticada, no son de difícil construcción y son una buena alternativa a los combustibles fósiles que se utilizan hoy en día para producir energía.

Semiconductores

La palabra semiconductor por el prefijo semi se refiere a algo que es medio conductor, sin embargo, en un contexto químico y físico un semiconductor es más que eso.

Una de las características principales de los materiales semiconductores es que tienen cuatro electrones de valencia (como el silicio y el germanio). No sólo estos materiales son semiconductores, las combinaciones de los elementos químicos de la tabla periódica del bloque II y III con el VI y V respectivamente generan materiales con un total de cuatro electrones en la capa de valencia, como ocurre con el Ga-As o el ZnO.

[pic 5]

Figura 3. Modelo de bandas para semiconductores.

Silicio como material fotovoltaico

...