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).
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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 BSC en el Laboratorio de Semiconductores se abordó en un enfoque triple, que condujo a tres tesis doctorales, escritas por Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) y Jesús Sangrador (1982), los dos fueron atendidos por Luque por Luque y el tercero por el Dr. Gabriel Sala del mismo grupo. La tesis doctoral de Cuevas consistió en la construcción de la primera patente de Luque de 1976, que se denominó un "transcelle" debido a su estructura NPN similar a un transistor. En su disertación, Egure se ocupó de la demostración de la patente de Luque desde 1977 con un perfil NPP+punteado en el que la transición de isotopía PP+está al lado de la parte posterior de la célula, lo que crea lo que generalmente se encuentra en la tecnología de células solares como "atrás" Campo superficial ”(BSF). Este trabajo condujo a varias publicaciones y patentes adicionales. En particular, el efecto ventajoso de reducir el dopaje P en la base, en el que la reducción del voltaje en la transición del emisor (transición PN delantera) se compensó por un aumento en el voltaje en la transición isotípica trasera, mientras que al mismo tiempo Tiempo se hizo posible una mayor longitud de difusión de los portadores minoritarios, lo que aumenta la salida de electricidad para la iluminación bifacial. En la disertación de Sangrador y la tercera ruta de desarrollo en la Universidad Técnica de Madrid, se sugirió las células solares múltiples verticales de SO, que son altas, que son altas Las celdas de voltaje que no son una rejilla de metal de superficie necesitan extracción de electricidad.
Las principales ventajas de las células solares de doble superficie.
Ganancias adicionales en la generación de energía: en comparación con las células solares P, las células solares N tienden a aumentar significativamente la eficiencia. Las células solares bifaciales tendrán una perspectiva de aplicación más amplia debido a la capacidad de generación bifacial y la mayor eficiencia del sistema, y son particularmente adecuadas para áreas con más nieve y sistemas de generación distribuida como techos, cercas y barreras de sonido.
La eficiencia de la parte trasera de la celda puede alcanzar más del 19% y la retroiluminación incidente se puede utilizar para mejorar la capacidad de generación del sistema, con un aumento de la capacidad del área unitaria de hasta un 10%~30%.
Con el módulo de vidrio con tecnología de células bifaciales, la luz se capta tanto en la parte frontal como en la trasera del módulo. Aumentar el uso de la luz aumenta la eficiencia del módulo. Se pueden alcanzar hasta 360 Wp de potencia total a través de la parte trasera activa del módulo (290 Wp sólo en la parte delantera / total 320 - 360 Wp).
La ganancia de eficiencia depende de la situación de radiación (atmósfera y fondo).
Sistema solar con módulos solares bifaciales - ejemplo
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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