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CdTe frente a paneles de silicio cristalino: beneficios y aplicaciones

Los paneles solares de silicio cristalino (c-Si), ya sean monocristalinos o policristalinos, son la tecnología de paneles dominante, ampliamente adoptada desde proyectos residenciales hasta proyectos C&I.

Sin embargo, un tipo de panel más nuevo que tiene una apariencia distinta de los paneles c-Si tradicionales comenzó a ganar terreno en el mercado durante la última década o dos. Se trata de la tecnología de paneles solares CdTe.

Este artículo analizará la diferencia entre los paneles solares CdTe y c-Si en composición, estructura, beneficios, aplicaciones y más. Entonces, a su vez, comprenderá mejor el CdTe.

Recapitulación de paneles de silicio cristalino (c-Si)

Como tecnología eficiente y bien establecida, los paneles c-Si se presentan en dos variantes principales: monocristalinos y policristalinos. El material de silicio del primero está hecho de una única estructura cristalina, mientras que el segundo está hecho de múltiples cristales de silicio fundidos entre sí. Además del silicio, se añaden elementos dopantes, normalmente fósforo (P) y boro (B), para crear las capas semiconductoras de tipo n y p para la conversión de energía.

Además de la capa fotovoltaica, un panel típico de c-Si también comprende contactos eléctricos y más para formar una estructura completa. Aquí están las capas, de arriba a abajo:

  • Portada
  • La encapsulación
  • Contacto frontal
  • Capa de células c-Si
  • Volver Contacto
  • La encapsulación
  • Hoja trasera
  • Cuadro

Dado que el material y el proceso de corte varían, los paneles c-Si pueden tener diferentes apariencias. En general, los paneles monocristalinos se caracterizan por un color oscuro y uniforme y células de forma octogonal, con una textura suave y consistente. Por el contrario, los paneles policristalinos tienen un aspecto azul moteado y células cuadradas, con una textura menos consistente.

A pesar de las diferencias, ambas variantes de panel c-Si Tienen visibles finas líneas de rejilla metálica en la parte frontal, que se utilizan para recoger y transportar la corriente eléctrica generada por las células.

Presentamos la tecnología de paneles CdTe

Los paneles solares de Telururo de Cadmio (CdTe) optan por materiales distintos del silicio en su capa fotovoltaica. En él, consta de dos partes:

  • Capa de sulfuro de cadmio (CdS): Actúa como ventana o capa de buffer. Esta capa de tipo n permite el paso de la luz solar con una absorción mínima al tiempo que facilita la separación y recolección eficiente de cargas.
  • Capa de telururo de cadmio (CdTe): Esta capa es el principal absorbente de la luz solar. Convierte fotones en pares electrón-hueco, que luego son separados por el campo eléctrico en la unión pn.

En comparación con los paneles de C-Si, una estructura típica de panel de CdTe comprende: 

  • Encapsulación/Cubierta
  • Capa de óxido conductor transparente (TCO): esta es la capa de contacto frontal que permite el paso de la luz mientras conduce la electricidad.
  • Capa Fotovoltaica
  • Contacto Atrás: Esta capa recoge los electrones generados y proporciona una conexión eléctrica para el circuito externo.
  • Sustrato: Proporciona soporte estructural y protección a las capas superiores. Esta capa puede ser de vidrio o de materiales flexibles según aplicaciones.

A diferencia de los paneles c-Si, que cuentan con unidades de celdas individuales y contactos metálicos frontales visibles, los paneles CdTe cuentan una apariencia moderna y uniforme debido a su composición material continua.

Diagrama: diferentes capas de un panel solar de telururo de cadmio (CdTe)
Fuente: NREL

Beneficios de los paneles solares CdTe

Además de un atractivo visual mejorado, otros beneficios de los paneles solares de CdTe también están contribuyendo a su creciente popularidad.

Rentabilidad

Los continuos avances tecnológicos y las economías de escala han provocado una gran caída en los precios de los paneles solares tradicionales de c-Si.

Actualmente, esta tecnología cuesta entre 0.30 y 0.70 dólares por vatio o un poco más.

Sin embargo, dado que se utilizan menos materiales y energía en la fabricación de paneles de CdTe, su coste medio es aún menor, oscilando entre 0.20 y 0.35 dólares por vatio.

Coeficiente de baja temperatura

La eficiencia de la mayoría de los paneles se reducirá a medida que aumente la temperatura ambiental.

Los paneles c-Si tradicionales tienen un coeficiente de temperatura de entre -0.3%/°C y -0.5%/°C, dependiendo de los materiales utilizados y las tecnologías incorporadas.

En la tecnología CdTe, la cifra de esta métrica puede estar dentro del rango de -0.20%/ºC a -0.30%/ºC. Esto favorece una conversión de energía más fluida para los paneles.

Excelente rendimiento en condiciones de poca luz

Los paneles solares de CdTe tienen un alto coeficiente de absorción y pueden utilizar eficazmente un espectro de luz más amplio, incluidas longitudes de onda menos intensas, lo cual es común en escenarios como días nublados o madrugadas. Esto permite que los paneles de CdTe generen energía de manera más efectiva en condiciones de iluminación no ideales.

Mayor versatilidad y flexibilidad

La capa de absorción de los paneles de c-Si tiene un espesor de aproximadamente 180 µm. En comparación, el espesor de los paneles de CdTe sólo oscila entre 1-6 μm1, principalmente debido al alto coeficiente de absorción óptica y la propiedad de banda prohibida directa del material semiconductor. Los estudios han demostrado que Micras 1 de algún material CdTe mejorado es suficiente para absorber aproximadamente el 90% del espectro incidente.

Esta fortaleza indica que, además de estar intercalada entre vidrio templado rígido, la tecnología CdTe se puede fabricar con sustratos y cubiertas flexibles de película delgada. El diseño flexible se puede aplicar a proyectos BIPV y se adapta a una gama más amplia de superficies.

Tiempo de recuperación potencialmente más corto

A pesar de que en estos momentos la eficiencia de los paneles solares de CdTe no puede superar a la de los paneles tradicionales de c-Si, su menor coste, su menor duración tiempo de recuperación de energía (EPT), el bajo coeficiente de temperatura y el excelente rendimiento en condiciones de poca luz los hacen ideales para proyectos particulares, lo que potencialmente conduce a un tiempo de recuperación más corto.

¿Cuáles son las aplicaciones comunes de los paneles solares CdTe?

Como tecnología madura y bien establecida, los paneles solares monocristalinos y policristalinos se pueden adoptar en una multitud de proyectos solares.

A pesar de las mejoras continuas, los paneles solares de CdTe se han aplicado más ampliamente en los siguientes tipos de proyectos.

Plantas de energía solar a gran escala

El menor costo de los paneles solares de CdTe en comparación con los paneles de c-Si los convierte en una opción atractiva para instalaciones a gran escala donde el espacio no es una limitación crítica.

Aprovechar los beneficios de la escala en plantas de escala comercial, su excepcional coeficiente de temperatura y coeficiente de absorción son útiles para compensar su eficiencia moderadamente menor. Esto además produce una producción solar bastante decente y acorta el tiempo de recuperación.

Proyectos BIPV

Con una apariencia moderna y uniforme, así como un espesor de sólo unos pocos μm, la tecnología CdTe puede personalizarse y adaptarse perfectamente. adaptable a los materiales de construcción como fachadas, ventanas y lucernarios.

Estas características los hacen particularmente adecuados para aplicaciones estéticamente sensibles.

Instalaciones comerciales e industriales (C&I)

Los paneles de CdTe también se pueden utilizar en entornos comerciales e industriales. Su adaptabilidad a diferentes estructuras y menores costos en comparación con las tecnologías c-Si los hacen ideales para grandes tejados y otras aplicaciones comerciales.

A menudo se eligen para instalaciones donde el costo inicial es una consideración importante.

Climas extremadamente cálidos y condiciones de poca luz

En sitios con climas extremadamente cálidos o condiciones de poca luz, los paneles solares de CdTe pueden ofrecer una alternativa más adecuada a los paneles tradicionales de C-Si. Proporcionan una producción de energía estable y están orientados a un rendimiento a largo plazo.

Perspectivas de las tecnologías de CdTe y silicio cristalino

Por el momento, el principal punto débil de la tecnología CdTe es su eficiencia comparativamente menor. Como consecuencia, los investigadores participan activamente en la investigación de la ciencia de los materiales y la tecnología de fabricación para optimizar la eficiencia de paneles de CdTe.

Además, se están realizando esfuerzos para perfeccionar el tratamiento y el reciclaje de elementos menos respetuosos con el medio ambiente, como el cadmio, para aliviar preocupaciones y facilitar la adopción de esta tecnología.

Por otro lado, también se están dirigiendo esfuerzos hacia el perfeccionamiento de la tecnología tradicional de paneles de c-Si. Más allá de mejorar los métodos actuales de fabricación de paneles c-Si como HJT, PERC, IBC, tejas y técnicas más nuevas de medio corte, como la combinación en tándem de silicio cristalino-perovskita y transferencia de capa se están desarrollando para llevar el rendimiento de los paneles c-Si al siguiente nivel.

Conclusión

En general, en el futuro previsible, los paneles solares de CdTe emergen como una buena opción para proyectos con presupuesto limitado y aquellos que exigen un rendimiento marcado para métricas particulares.

Los paneles c-Si son una tecnología solar bien probada y adecuada para una amplia gama de proyectos, pero las variantes avanzadas son más caras.

  1. CdS dopado con Cu y su aplicación en células solares de película delgada de CdTe (Deng et al., 2016) ↩︎

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