Aplicación del Galio en las celdas fotovoltaicas
¿Por qué hay módulos que dicen tener Galio en sus celdas?, ¿Qué beneficios o ventajas supone esto?
El día de hoy platicaremos sobre este elemento de la tabla periódica y por qué más de un fabricante de módulos está considerando esta tecnología.
Si bien hoy podemos encontrar módulos que utilizan distintas tecnologías como base para la celda, actualmente los módulos de silicio monocristalino son los que lideran el mercado, en este tipo de paneles se emplea mayormente el Boro que es otro elemento químico y el cual incrementa la conductividad del semiconductor mediante un proceso denominado dopaje de la celda.
Como un ejemplo de este dopaje, la figura 1 representa como se hace la interacción entre el átomo de Boro y los átomos de Silicio, de tal manera que se crea un enlace que permite crear un “hueco” en su estructura, a este tipo de semiconductor se le denomina tipo P y actualmente es una de las tecnologías más empleadas en módulos fotovoltaicos.
Un fenómeno asociado a los módulos de Silicio monocristalino dopados con Boro es que presentan una degradación por efecto LID (Light Induced Degradation) durante el largo de su vida útil, esto es debido a que el Silicio contiene oxígeno en cantidades diminutas pero significativas, que en combinación con el dopaje de Boro puede causar LID y afectar el rendimiento de la celda.
Podemos decir que existen dos maneras de eliminar el LID en las celdas de Silicio; el primero es reduciendo el contenido de oxígeno presente, sin embargo, esto es sumamente difícil y costoso.
Una segunda opción es cambiar el agente dopante por otro elemento como el Galio, este puede ser utilizado ya que cuenta con 3 electrones en su último nivel de energía, capaces de crear “huecos” al ser introducidos a la red cristalina del Silicio como impurezas, en ese sentido el Galio ha empezado a tomar protagonismo en el sector fotovoltaico por la ventaja que representa al eliminar el problema de la degradación por LID.
Otro fenómeno que afecta a las celdas de Silicio monocristalino es la degradación por LeTID ((Light and Elevated Temperature Induced Degradation), este problema se presenta en las celdas dopadas con Galio y Boro; de acuerdo con un estudio de la Universidad de Nuevo Gales, este efecto es producido por la combinación de impurezas metálicas e hidrógeno, sin embargo, al controlar la concentración de hidrógeno puede reducirse la degradación. Por lo que cuando se usan celdas dopadas con Galio y al no necesitar introducir demasiado hidrógeno para disminuir los defectos relacionados al Boro-Oxigeno, la degradación LeTID puede ser disminuida también.
Uno de los fabricantes que ha apostado por este tipo de tecnología es Longi, quien desde hace tiempo ha trabajado de esta manera sus líneas de producción, logrando obtener mayor eficiencia en sus resultados en comparación con las celdas dopadas con Boro, como se muestra en la figura 2.
Debido a las ventajas que representa esta tecnología, cada vez va tomando más protagonismo entre los módulos de Silicio Monocristalino, de hecho, la hoja de ruta tecnológica para la fotovoltaica (ITRPV) pronostica que en menos de 10 años el Boro disminuirá su uso como agente dopante en la celda tipo P, tal como lo muestra la figura 3.
Como conclusión, las celdas de Silicio dopadas con Galio pueden evitar el efecto LID causado por el defecto Boro-Oxigeno, además de disminuir la degradación por LeTID siempre que se controle el contenido de hidrogeno durante el proceso de producción de la celda, todo esto da como resultado una menor degradación del módulo a lo largo de su vida útil, lo que se traduce en una mayor ganancia de energía y eficiencia.
