Paneles Solares

El defecto detrás de la rápida degradación de las células solares desvelado

Degradación Inducida por la Luz

Aproximadamente la mitad de los paneles solares que recolectan energía hoy en día están hechos de silicio dopado con boro, y todos tienen el mismo problema. Después de las primeras horas bajo el Sol, los paneles con una eficiencia del 20% respecto al resto, se degradan y la eficiencia cae un 2% adicional debido a la Degradación Inducida por la Luz (Light-Induced Degradation – LID). La bajada de eficiencia se puede contabilizar en perdidas de 10 gigawatios y millones de dolares al año, y a pesar de los 40 años de trabajo, los investigadores no se ponían de acuerdo en como ocurría esto. Un equipo de experimentadores y teóricos liderados por Michelle Vaqueiro-Contretas y Valdimir Markevich de la Universidad de Manchester, Reino Unido, han adaptado recientemente unos instrumentos y métodos ya existentes para encontrar al culpable.

¿Cómo determinar la eficiencia de una célula solar?

Para determinar la eficiencia de una célula solar, los investigadores típicamente miden cuanto persisten los electrones antes de recombinarse con los huecos positivos del retículo. Vaquiero-Contreras (ahora en la Universidad de New South Wales, en Australia), Markevich, y sus compañeros combinaron varios métodos para medir la vida de electrones con Espectroscopia Temporal de Nivel Profundo (Deep-Level Transient Spectroscopy – DLTS). Midieron que los espectros de emisiones termales resultantes de un impulso eléctrico sacaban electrones atrapados en centros de recombinación. Aplicando pulsos largos y tomando medidas de hasta 430 K, los investigadores fueron capaces de cercar una impureza que les llevaba a la Degradación Inducida por la Luz (LID).

Degradación Inducida por Luz (LID) en panel solar

El problema

Cuando un panel de silicio dopado con boro funciona tal y como se diseñó, los electrones se mueven entre los huecos en los átomos de boro utilizando los niveles altos de valencia. Las observación del equipo de Manchester y los cálculos realizados al inicio por el equipo colaborador de la Universidad de Aveiro, en Portugal, revelaron que, incluso antes de que el panel fuera expuesto a la luz solar, algunos de los átomos de boro se unían con dímeros de oxígeno en la célula, lo cual creaba el defecto. Durante la operación, la inyección de energía convertía los defectos de boro-oxígeno en potenciales trampas que forzaban a los electrones a recombinarse con los huecos antes de que pudieran llegar a los electrodos del panel, y por lo tanto provocaban un decremento en la eficiencia de las células.

Boro y oxigeno en silicio

Otros problemas

El equipo de Manchester está aplicando su conocimiento de la Degradación Inducida por la Luz (LID) a otro fenómeno de decrecimiento de la efectividad cuyo mecanismo aún se desconoce: Luz y Elevada Temperatura que Induce a la Degradación, conocido como LeTID, el cual ocurre a lo largo de los años y afecta a un rango más amplio de células solares que el LID. (M. Vaqueiro-Contreras et al., J. Appl. Phys. 125, 185704, 2019.)

Temperatura de un panel solar

Enlace al artículo fuente (en inglés).

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