BSC – Células Solares Bifaciales: Historia de la célula solar bifacial o de dos superficies

Publicado el: 22 de enero de 2022 / Actualización desde: 24 de febrero de 2023 - Autor: Konrad Wolfenstein

Historia de la célula solar bifacial o de dos superficies - Imagen: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com

Russell Ohl patentó por primera vez una célula solar de silicio en 1946 mientras trabajaba en Bell Labs y Fuller, Chapin y Pearson la demostraron públicamente en el mismo centro de investigación en 1954; Sin embargo, estas propuestas iniciales involucraban células monofaciales, cuya parte posterior no estaba destinada a estar activa.

La primera célula solar bifacial teóricamente propuesta se puede encontrar en una patente japonesa con fecha de prioridad del 4 de octubre de 1960 de Hiroshi Mori, que trabajaba para la empresa Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), que posteriormente desarrolló en la actual Sharp Corporation. La celda propuesta era una estructura de celda dual PNP con electrodos de contacto en dos bordes opuestos.

Sin embargo, las primeras demostraciones de células y paneles solares bifaciales se llevaron a cabo como parte del programa espacial soviético en las estaciones espaciales militares LEO Salyut 3 (1974) y Salyut 5 (1976). Estas células solares bifaciales fueron desarrolladas por Bordina et al. desarrollado y fabricado en VNIIT (Instituto de Investigación Científica de Fuentes de Energía de toda la Unión) en Moscú, que se convirtió en el fabricante ruso de células solares KVANT en 1975. En 1974, este equipo presentó una patente estadounidense que proponía las celdas en forma de minitubos paralelos con un tamaño máximo de 1 mm x 1 mm x 1 mm, conectados en serie para proporcionar 100 celdas/cm2. Al igual que con los BSC actuales, propusieron el uso de compuestos isotípicos pp+ cerca de una de las superficies receptoras de luz. En Salyut 3, pequeños paneles experimentales con un área celular total de 24 cm2 mostraron un aumento en la producción de energía por revolución del satélite debido al albedo de la Tierra hasta en un 34% en comparación con los paneles monofaciales de la época. Durante el vuelo de la estación espacial Salyut 5, se observó una ganancia del 17-45% utilizando paneles bifaciales (0,48 m2 - 40 W).

Paralelamente a esta investigación rusa, al otro lado del Telón de Acero, el laboratorio de semiconductores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid, dirigido por el profesor Antonio Luque, está llevando a cabo de forma independiente un amplio programa de investigación para desarrollar tecnologías de aplicación industrial. Células solares bifaciales. Mientras que la patente de Mori y los prototipos VNIIT-KVANT de la nave espacial se basaban en células diminutas sin rejilla metálica en la superficie y, por tanto, estaban intrincadamente conectadas, más al estilo de los dispositivos microelectrónicos que en sus primeras etapas, Luque tendrá dos patentes españolas. en 1976 y 1977 y uno en Estados Unidos en 1977, que fueron precursores de las células bifaciales modernas. Las patentes de Luque fueron las primeras en proponer BSC con una celda por oblea de silicio, como ocurría entonces y sigue ocurriendo con las células monofaciales, con rejillas metálicas en ambas superficies. Consideraron tanto la estructura npp+ como las estructuras pnp.

El desarrollo de los BSC en el laboratorio de semiconductores se abordó desde un triple enfoque, dando como resultado tres tesis doctorales, autorías de Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) y Jesús Sangrador (1982), las dos primeras dirigidas por Luque y el tercero por el Dr. Gabriel Sala del mismo grupo. El trabajo doctoral de Cuevas consistió en la construcción de la primera patente de Luque en 1976, a la que denominó "transcell" por su estructura npn similar a un transistor. En su disertación, Eguren abordó la demostración de la segunda patente de Luque de 1977 con un perfil de dopaje npp+ en el que la unión isotópica pp+ se encuentra adyacente a la parte posterior de la célula, creando lo que comúnmente se conoce en la tecnología de células solares como "campo de superficie posterior ( BSF). Este trabajo dio lugar a varias publicaciones y patentes adicionales. En particular, el efecto beneficioso de reducir el dopaje p en la base, donde la reducción de voltaje en la unión del emisor (unión pn frontal) se compensó con un aumento de voltaje en la unión isotípica trasera, mientras que al mismo tiempo permitía una mayor difusión. longitud de los portadores minoritarios, lo que aumenta la potencia de salida con iluminación bifacial. La tesis de Sangrador y tercera vía de desarrollo en la Universidad Politécnica de Madrid propuso la llamada célula solar de unión múltiple con iluminación de borde vertical, en la que p+nn+ están apilados y conectados en serie e iluminados desde sus bordes, que son células de alto voltaje. que no requieren red metálica superficial requieren generación de electricidad.

En 1979, el laboratorio de semiconductores se transformó en el Instituto de Energía Solar (IES-UPM), que, con Luque como primer director, continuó la investigación intensiva sobre células solares bifaciales hasta la primera década del siglo XXI. Por ejemplo, en 1994 , dos estudiantes brasileños de posgrado del Instituto de Energía Solar, Adriano, desarrollaron y produjeron Moehlecke e Izete Zanesco, junto con Luque, desarrollaron una célula solar bifacial que tuvo un rendimiento del 18,1% en la parte frontal y del 19,1% en la parte posterior; un récord bifacial del 103% (en ese momento la eficiencia récord para las células monofaciales era poco menos del 22%).

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Fuente *21012022-1