Steven KwokLa tecnología solar de telururo de cadmio (CdTe) se introdujo por primera vez en 1972 cuando Bonnet y Rabenhorst diseñaron la heterounión CdS/CdTe que permitió la fabricación de células solares CdTe. Al principio, los paneles CdTe lograron una eficiencia del 6%, pero la eficiencia se ha triplicado hasta el día de hoy.
Empresas como Kodak, Monosolar, AMETEK y muchas otras han investigado la tecnología CdTe. Hoy en día, la tecnología CdTe es la tecnología de paneles solares de película delgada más popular y es la opción preferida por los mejores fabricantes de paneles solares de película delgada en el mundo.
En este artículo, profundizaremos en los paneles solares CdTe y todo lo relacionado con esta tecnología. Explicaremos los materiales y el proceso de fabricación de estos paneles solares de película delgada, las posibles aplicaciones y los compararemos con otras tecnologías.
¿Qué es un panel solar de telururo de cadmio (CdTe)?
Los paneles solares de telururo de cadmio son los paneles solares de película delgada más populares disponibles en el mercado. Estos representan alrededor del 5% de los paneles solares en el mercado mundial y vienen solo segundo a paneles de silicio cristalino.
Los paneles solares de película delgada CdTe son tan populares porque son fáciles y económicos de fabricar, lo que los hace ideales para los inversores. Los paneles de CdTe tienen una eficiencia promedio del 19 %, pero las pruebas de laboratorio realizadas por First Solar han logrado eficiencias récord del 22.1 % para las celdas solares de CdTe.
Comprender los paneles solares de película delgada de CdTe es vital para conocer las verdaderas ventajas y las posibles aplicaciones de estos paneles solares de película delgada. En esta sección, explicaremos los materiales, el proceso de fabricación y otros detalles interesantes sobre los paneles solares CdTe.
Materiales utilizados en paneles y células solares de película fina de CdTe
Las celdas de CdTe se fabrican mediante el uso de semiconductores que optimizan la eficiencia de transformar la radiación solar en electricidad. Las células solares de CdTe se fabrican utilizando heterouniones p-n que contienen una capa de telururo de cadmio dopado p y una capa de sulfuro de cadmio (CdS) dopado n, que también puede estar hecho de óxido de magnesio y zinc (MZO).
Si bien estos materiales son baratos, también pueden ser tóxicos y contaminantes si no se desechan adecuadamente. Greenpeace ha alertado sobre la toxicidad y los niveles de contaminación de estos materiales, afirmando que los paneles de CdTe contienen 6g/m2 de metales tóxicos y producen emisiones de cadmio equivalentes a 0.5g/GWh. También hay varios problemas de salud relacionados con estos materiales.
Además de los materiales utilizados para las células de CdTe, existen otros materiales necesarios para fabricar paneles solares de película delgada de CdTe. Estos materiales son:
- Óxido de estaño dopado con flúor (SnO2:F)
- Telururo de zinc (ZnTe)
- El cobre (Cu)
El proceso de fabricación de paneles solares de capa fina de CdTe
Los paneles solares de película delgada CdTe se componen de tres partes principales, que tienen una capa para el semiconductor, una para la protección y otra para la conducción. Estas partes son:
- material fotovoltaico
- hoja conductora
- Capa protectora
Cada una de estas secciones es vital para los paneles solares de película delgada de CdTe. El proceso de fabricación se realiza a través de un conjunto diferente de métodos llamados técnicas de deposición. Los diferentes tipos de técnicas utilizadas son la pulverización catódica, la pirólisis por pulverización química, la electrodeposición o el transporte cercano de vapor (CVT). Los materiales utilizados en cada una de estas partes de los paneles solares de capa fina de CdTe son los siguientes:
material fotovoltaico
El material fotovoltaico es la parte del panel solar de película delgada de CdTe que convierte la radiación solar en energía de CC. Este se fabrica creando una heterounión ap-n, este semiconductor requiere la deposición de una capa de CdTe para la sección dopada p y una de CdS o MZO para la sección dopada n.
hoja conductora
La lámina conductora permite que la energía de CC fluya entre las células solares, lo que aumenta el voltaje y permite la conexión de paneles de CdTe a sistemas fotovoltaicos (PV). Estas capas requieren la deposición de una capa de metal o pasta de carbón, introduciendo cobre (Cu) para crear conducción en el panel.
Capa protectora
Las capas fotovoltaicas tienden a ser muy frágiles, por lo que los paneles solares de película delgada requieren una capa protectora. En lugar de utilizar un marco de aluminio y vidrio templado, esta capa, conocida como capa de óxido conductor transparente (TCO), se fabrica depositando SnO2:F o un material similar. La capa TCO es donde se deposita el absorbedor de CdTe, lo que permite que la celda solar esté completamente protegida.
Paneles solares CdTe frente a otros tipos de paneles de película delgada
Los paneles solares CdTe no son los únicos paneles de película fina del mercado. Aparte de estos, hay tres opciones principales disponibles:
- Paneles solares de silicio amorfo (a-Si)
- Paneles solares de seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS)
- Paneles solares de arseniuro de galio (GaAs)
Estos paneles solares de película delgada y CdTe tienen muchas diferencias. Para una mejor comprensión de estos, compararemos cada panel solar de película delgada con los paneles CdTe, considerando los materiales, la eficiencia, la aplicación y otros aspectos.
Paneles solares de silicio amorfo (a-Si) frente a CdTe
Los paneles solares de película delgada A-Si son menos eficientes que los paneles CdTe, logrando una eficiencia del 6-7%. Dado que los paneles solares de a-Si son más baratos y menos tóxicos que otras opciones, se han convertido en la segunda opción más popular para los paneles solares de película delgada.
Los paneles solares a-Si se utilizan regularmente en aplicaciones a pequeña escala. Los desarrollos recientes muestran resultados prometedores para estos paneles en el futuro, ya que tienen el potencial de integrarse en la ropa.
Producir paneles solares a-Si es más barato y más fácil que los paneles CdTe porque solo requieren una fracción del silicio que requieren otros paneles. Estos se fabrican mediante un método de evaporación, lo que permite la fabricación de una capa delgada de semiconductor que se coloca sobre vidrio o acero inoxidable.
Seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) frente a paneles solares CdTe
Los paneles solares CIGS son menos tóxicos que los CdTe, pero aun así representan toxicidad moderada para vías respiratorias en humanos. Estos paneles solares de película delgada son menos eficientes que el CdTe, alcanzando una eficiencia del 12-14 %, pero los estudios de laboratorio han registrado excelentes resultados de eficiencia del 20.4 %.
Si bien los costos de producción de los paneles solares de película delgada CIGS no son tan económicos como los de CdTe, se están desarrollando nuevos procesos de fabricación con costos más bajos. Estos paneles generalmente se fabrican mediante pulverización catódica, evaporación, deposiciones electroquímicas y varios otros procesos.
Los paneles solares de película fina CIGS se suelen utilizar en fachadas y ventanas ya que son muy fáciles de instalar y tienen una eficiencia bastante decente. Estos paneles solares de película delgada se consideran para aplicaciones espaciales.
Arseniuro de galio (GaAs) frente a paneles solares CdTe
Los paneles solares de capa fina de GaAs pueden lograr una eficiencia del 28.8%, lo que los convierte en los paneles solares de película delgada más eficientes y duraderos disponibles, pero también son los más caros. El GaAs es ligeramente menos tóxico que el CdTe, pero sigue siendo el segundo semiconductor más tóxico de la lista.
El proceso de fabricación de GaAs es más caro y complejo que el de CdTe. Estos paneles requieren un proceso de crecimiento sobre un sustrato dopado, luego se recubren con materiales antirreflectantes y metalizados. En el futuro, los paneles solares de película delgada de GaAs podrían terminar costando mucho menos.
Paneles solares GaAs rara vez se venden en el mercado. Estos paneles de película delgada se usan con más frecuencia para naves espaciales, vehículos militares, misiones espaciales y otras aplicaciones especializadas.
Paneles solares CdTe vs. Paneles solares de silicio cristalino (Pros y contras)
Paneles solares CdTe y paneles solares de silicio cristalino son tecnologías muy diferentes. Para saber cuál es la mejor tecnología, las compararemos, destacando y considerando los pros y los contras de cada una para su análisis.
| Paneles solares de silicio cristalino | Paneles solares CdTe | |
|---|---|---|
| Tipo de tecnología |
| Telururo de cadmio (CdTe) |
| Coeficiente de temperatura | -0.446 %/ºC a -0.387 %/ºC | -0.172% / ºC |
| Eficiencia | 20% -25% | 19% |
| Compatibilidad con inversores | La mayoría de los inversores del mercado están diseñados para el coeficiente de baja temperatura de estos paneles | Los instaladores deben tener en cuenta las temperaturas en el lugar de instalación en relación con el coeficiente de temperatura. |
| Espacio requerido | Requisitos estándar | Requiere hasta un 31% más de espacio por kW instalado |
| Precio | $0.70-$1.50/vatio | $0.46/vatio |
| Aplicaciones | Residencial / Comercial / Industrial | Comercial / Industrial |
Una de las principales ventajas de la tecnología CdTe es el bajo costo de fabricación. Los paneles de CdTe se pueden encontrar a precios bajos de 0.46 $/vatio, que es un 70 % más barato que el coste de los paneles cristalinos. Otra gran ventaja de la tecnología CdTe es que es menos afectado por fuertes cambios de temperatura, entregando un voltaje constantemente más alto en los sistemas fotovoltaicos.
Si bien los paneles solares cristalinos son más eficientes que los CdTe (lo que los hace mejores para los mercados residenciales), esto no significa que sean más adecuados para todo tipo de instalaciones. En algunas aplicaciones industriales en climas cálidos, las granjas solares con paneles CdTe pueden tener el potencial de generar una mayor potencia de salida que los paneles solares de silicio cristalino.
Aplicación de paneles CdTe: ¿Cuándo usar paneles solares CdTe?
Aunque los paneles CdTe no siempre son la mejor opción para aplicaciones residenciales, estos paneles son bastante versátil para aplicaciones comerciales e industriales.
Los paneles solares CdTe son entre un 1 y un 6 % menos eficientes que los módulos cristalinos, pero tienen precios un 70 % más bajos. Estos precios bajos hacen de CdTe una excelente tecnología para instalaciones de granjas solares donde el espacio no es un problema. Estas granjas solares podrían generar electricidad más barata que la energía de combustibles fósiles e incluso las granjas solares de silicio cristalino.
Dado que los paneles solares de película delgada de CdTe son más adaptable a diferentes estructuras, pueden instalarse en diferentes aeronaves y usarse para aplicaciones espaciales. Los vehículos aéreos no tripulados con esta tecnología en el espacio pueden beneficiarse mucho de los paneles CdTe, ya que son baratos, se adaptan a la forma y son muy livianos.
La tecnología de película delgada CdTe es muy prometedora. Estos paneles son excelentes para aplicaciones industriales y comerciales, e incluso podrían instalarse en el futuro. en el techo de los vehículos eléctricos (EV) ya que se pueden instalar fácilmente en estructuras extrañas como el capó o el techo de un automóvil.
Palabras finales
No debería haber dudas sobre la popularidad de la tecnología CdTe como el mejor panel solar de película delgada. Estos módulos son económicos, livianos, resistentes, de alta eficiencia y fáciles de fabricar, lo que los hace excelentes para una amplia variedad de aplicaciones.
Si bien los paneles solares de CdTe todavía no se usan ampliamente en aplicaciones residenciales, todavía se usan en los sectores comercial e industrial.
El futuro de los paneles solares de capa fina de CdTe es muy prometedor. Estos paneles son la opción preferida para aviones espaciales, algunas granjas solares e incluso podríamos verlos en los techos de los vehículos eléctricos en el futuro.
¿Existe una diferencia significativa en la "vida útil" esperada (uso útil) entre los paneles de CdTe y de cristal de silicio?
Debido a que CdTe es un material de banda prohibida directa, produce energía desde el anochecer hasta el amanecer. Además, es capaz de utilizar luz visible y dispersa. Está utilizando materiales que usan más del espectro de luz para producir energía. El silicio requiere que irradie la masa de silicio hasta que tenga suficiente energía para liberar algunos electrones. Es material de banda prohibida indirecta y si estuviéramos comparando paneles CDTE sería 150 veces más delgado que la celda de Si. Cuando mide un panel solar en STC, el modelo STC está diseñado para proporcionar suficiente energía de luz para activar el panel de silicona para que funcione. La prueba STC es una muleta para hacer que los paneles de silicio funcionen. Entonces, en conclusión, CdTe producirá más energía con menos luz durante todo el día.
Más baratos a escala de servicios públicos, pero también lo son los paneles de silicio monocristalino. Sospeche que los costos de los techos residenciales serán un poco diferentes, especialmente si CdTe requiere algunos paneles más.
Los vendedores de energía solar tienden a aumentar su margen de beneficio en función de lo que han establecido los paneles de silicio. Otros costos (inversor, instalación, permisos) siguen siendo los mismos.