The Mystery Flaw of Solar Panels

Summary

Este episodio de Real Engineering revela cómo el avance tecnológico de las células solares, impulsado por su eficiencia mejorada y costes decrecientes, está socavando al mercado de los combustibles fósiles. A pesar de la eficiencia inicial del 20%, un fenómeno conocido como degradación inducida por la luz provoca una caída en la eficiencia a 18% en pocas horas de funcionamiento, lo que representa una pérdida significativa de energía. La investigación ha identificado una falla relacionada con el boro y el oxígeno en la silicio como la causa principal. Con nuevos hallazgos, los ingenieros tienen ahora la posibilidad de mejorar las técnicas de producción y aumentar la capacidad de energía renovable.

Takeaways

• 🌟 La capacidad instalada global de células solares ha aumentado año tras año durante la última década, impulsada por los precios en caída y la eficiencia creciente de las células solares.
• 📉 El precio de las células solares ha caído drásticamente, lo que ha llevado a la desaparición de productores de combustibles fósiles del mercado a través del avance tecnológico.
• 🔆 Al final de 2019, la capacidad instalada total de células fotovoltaicas superó los 630.000 megavatios, una cifra sorprendente que seguirá aumentando en las próximas décadas.
• 💡 Existe un fallo misterioso llamado 'degradación inducida por la luz' que ha estado disminuyendo la corriente eléctrica potencial de las células fotovoltaicas durante 40 años.
• 🚀 Las células solares recién fabricadas tienen una eficiencia del 20% en pruebas de laboratorio, pero esta cae al 18% en horas de operación, representando una pérdida significativa de energía.
• 🔬 Para entender el problema de la degradación inducida por la luz, es necesario comprender cómo funcionan las células fotovoltaicas, que utilizan el efecto fotovoltaico para generar una corriente.
• 🌱 El silicio, un semiconductor común, ha sido la base de la era electrónica y es el material inicial para las células solares, ayudando a aumentar la eficiencia y reducir los costos.
• 🛠️ Los ingenieros han trabajado en técnicas para reducir la reflexión de luz y aumentar la absorción, como el tratamiento con silicono monóxido y texturización de superficies.
• 🔍 El descubrimiento de que la degradación inducida por la luz está correlacionada con la concentración de boro y oxígeno en el silicio, y que no ocurre con galio en lugar de boro, ha sido clave para entender el problema.
• 🔬 Un estudio especial observó que los defectos de boro y oxígeno se transforman en 'aceptadores superficiales' al exponerse a la luz, actuando como sitios de recombinación y reduciendo la eficiencia.
• 💡 Con el conocimiento de los defectos, los ingenieros pueden desarrollar técnicas para prevenir esta fenómeno, lo que puede ayudar a aumentar la capacidad de energía renovable en años venideros.

Q & A

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¿Por qué ha aumentado la capacidad instalada global de células solares en los últimos años?

La capacidad instalada global de células solares ha aumentado debido a la disminución de los precios y el aumento de la eficiencia de las células solares, lo que ha forzado a los productores de combustibles fósiles a salir del mercado a través del avance tecnológico.

¿Cuál es el problema conocido como 'degradación inducida por la luz' y cómo afecta a las células solares?

La degradación inducida por la luz es un misterioso defecto que ha estado disminuyendo la corriente eléctrica potencial de las células fotovoltaicas. Las células recién fabricadas muestran una eficiencia del 20% en pruebas de laboratorio, pero después de unas pocas horas de operación, esta eficiencia disminuye al 18%.

¿Cómo funcionan las células fotovoltaicas y qué es el efecto fotovoltaico?

Las células fotovoltaicas utilizan el efecto fotovoltaico para generar una corriente eléctrica. Este efecto ocurre cuando fotones de una frecuencia umbral particular golpean un material y provocan que los electrones ganen suficiente energía para liberarse de sus órbitas atómicas y moverse libremente en el material.

¿Por qué se utilizan semiconductores en las células solares y cómo Silicon se convierte en el material base para estas?

Los semiconductores se utilizan en las células solares debido a sus propiedades únicas que yacen entre los conductores y los aislantes, lo que les permite elevar fácilmente electrones de la órbita atómica a moverse libremente entre sus átomos. El Silicon, siendo un semiconductor común, ha formado la base de la era electrónica y se convierte en el material inicial para las células solares.

¿Cómo se mejoró la eficiencia de las células solares con el tiempo y qué técnicas se utilizaron?

La eficiencia de las células solares mejoró con el tiempo mediante la reducción de la luz reflejada mediante tratamientos químicos y texturización de superficies, así como la selección de materiales y técnicas de dopado que maximizan la separación de electrones y 'agujeros' para evitar su recombinación y aumentar la producción de corriente eléctrica.

¿Qué es el dopado y cómo se utiliza para mejorar la eficiencia de las células solares?

El dopado es el proceso de agregar impurezas a un cristal de silicio para manipular sus propiedades materiales. Se añaden átomos como boron (para crear 'agujeros' en un semiconductor de tipo p) o fósforo (para crear un exceso de electrones en un semiconductor de tipo n), lo que permite controlar la conductividad eléctrica y aumentar la eficiencia de las células solares.

¿Qué desencadena la caída de eficiencia de las células solares después de unas pocas horas de operación y cómo se ha investigado este problema?

La caída de eficiencia después de unas pocas horas de operación está correlacionada con la concentración de boron y oxígeno en el silicio. Investigaciones han encontrado que la sustitución de boron por galio evita este problema, y que los defectos pueden revertirse calentando el silicio en la oscuridad, pero reaparecen al exponerse nuevamente a la luz.

¿Cómo se ha identificado la causa detrás de la pérdida de potencia en las células solares y qué se ha aprendido sobre el proceso de degradación?

Un estudio reciente utilizando una técnica de成像 especial observó que los分子 de boron y oxígeno se convertían en 'shallow acceptors' al exponerse a la luz, actuando como trampas de electrones y reduciendo el tiempo y probabilidad de que los electrones entren en el circuito para hacer trabajo.

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