Fabricación de Paneles Fotovoltaicos

Fabricacion de Paneles Fotovoltaicos

Índice

Marco teórico

Dopaje

En la producción de semiconductores, se le denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas.

Semiconductor tipo P y tipo N

Los semiconductores extrínsecos del tipo N están formados por átomos de material semiconductor, Silicio o Germanio, que son dopados con átomos con 5 electrones de valencia. Como los átomos del material semiconductor tienen 4 electrones de valencia y los átomos de la impurezas 5, se pueden formar 4 enlaces covalentes y sobrará un electrón por cada átomo de impureza que quedará libre.

Los semiconductores extrínsecos del tipo P son materiales semiconductores a los que se les dopa átomos con 3 electrones de valencia. En este caso cada átomo del material semiconductor solo podrá formar 3 enlaces con los átomos de impurezas. Los átomos semiconductores tienen un hueco esperando a que llegue un electrón para formar el enlace que le falta.

Juntura P-N

En una juntura P-N, primeramente se tiene una unión entre dos semiconductores, uno tipo P y otro tipo N que tienen contacto eléctrico. En la zona N tenemos electrones libres y en la zona P tenemos huecos en espera de ser rellenados por electrones.

[pic 1][pic 2]

Los electrones del material N, que están más cerca de la franja de la unión, serán atraídos por los huecos de la zona P que están también más cerca de la unión. Estos electrones pasarán a rellenar los huecos de las impurezas más cercanos a la franja de unión. Un átomo de impureza de la zona P, que era neutro, ahora tiene un electrón más llegado de la zona N para formar enlace en el hueco que tenía. Este átomo de impureza ahora quedará cargado negativamente y se convertirá un anión/ión negativo. Así mismo un átomo de impureza de la zona N quedará cargado positivamente porque se le ha ido un electrón y se convertirá un catión o ion positivo. Esto provoca que en la franja de la unión PN tengamos por un lado carga negativa y por el otro positiva. Negativa en la zona P, que antes de la unión era neutra y positiva en la zona N, que antes también era neutra.Esta franja con cationes y aniones se llama región de agotamiento o zona de difusión. Llega un momento que un nuevo electrón de la zona N intente pasar a la zona P y se encontrará con la carga negativa de la región de agotamiento en P, que le impedirán el paso (cargas iguales se repelen). En este momento se acabará la recombinación electrón-hueco y no habrá más conducción eléctrica.

[pic 3][pic 4]

Efecto fotovoltaico

El efecto fotovoltaico es el fenómeno que se produce debido al contacto de dos piezas de distinto material que se encuentran expuestas a una radiación electromagnética produciendo así energía. Este efecto ocurre en los paneles, justamente fotovoltaicos, ya que los mismos contienen células fotovoltaicas (como las descritas) que absorben la radiación solar generando un salto de electrones, comenzando así a formar una juntura P-N, la cual, junto al voltaje de la celda define la potencia que se puede llegar a obtener. Para que este salto se produzca se requiere de por lo menos 1,2 eV de energía por parte de la partícula de radiación.

Las células/celdas solares/fotovoltaicas

Las células solares son las encargadas de generar electricidad mediante un proceso llamado efecto fotovoltaico. Se fabrican con un semiconductor, silicio, a partir de obleas del mismo material. Estas pueden variar según su estructura cristalina, es decir que los átomos pueden estar más o menos ordenados dependiendo del proceso de fabricación que se utilice. En este informe se va a desarrollar los procesos de fabricación del silicio monocristalino. Este tiene una estructura cristalina ordenada, o sea que cada átomo está ubicado en una posición idealmente predeterminada con cuatro átomos enlazados, compartiendo pares de electrones con cada uno; lo cual hace el movimiento de los electrones más predecible y uniforme (tal y como se ve en la imagen de abajo) dándole una eficiencia de entre 15% y 18% en el rendimiento directo (la práctica) y de hasta algo más de 25% en laboratorio. Todas estas características colaboran con la eficiencia de las celdas, sin embargo también son más caras.

[pic 5][pic 6]

Como se puede apreciar en la siguiente foto de una celda de silicio monocristalino, estas son monótonas en toda su superficie, con un color azul oscuro cuya tonalidad puede variar un poco.

[pic 7][pic 8]

Crisol

Recipiente de material refractario que sirve para fundir un metal a temperaturas muy altas, usado en la industria química y metalúrgica.

Partes por Millón (PPM)

Las partes por millón se abrevian en ppm, que es lo que normalmente encontramos en la bibliografía, normativa y documentación. Esta unidad es la empleada de forma habitual para indicar la existencia de elementos en muy pequeña cantidad. La misma se calcula así: .

Introducción

La fabricación de un panel solar se compone de varios procesos los cuales van a ser explicados en este informe. Los mismos son:

• La fabricación de lingotes monocristalinos:Utilizando un proceso de estirado en crisol, el silicio previamente depurado y fundido, se estira en bloques monocristalinos redondos.
• El Corte en obleas: El lingote opcionalmente es recortado de forma cuadrada y luego se lo corta en forma de obleas
• La Texturización: Las obleas van provistas de una superficie piramidal.
• El Dopaje: Dotar posteriormente de fósforo a la oblea
• Serigrafía y conexionado de células: Los contactos de plata se fijan y conectan con las capas de la oblea.
• Laminado: Los componentes se sellan a alta temperatura hasta formar un laminado

Desarrollo

Fabricación de lingotes de silicio monocristalinos

Proceso Czochralski

El proceso de Czochralski (CZ) consiste en un crisol (por lo general de cuarzo) que contiene el semiconductor con el que se quiere dopar el silicio, este se mantiene a una temperatura levemente superior a la de fusión para evitar su solidificación. Luego se introduce una varilla que funciona como un eje que sostiene un pequeño monocristal que cumple la función de una semilla. Y a partir de ahí, el cristal va

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