Fundamentos del Dopado en Celdas Fotovoltaicas de Silicio

Dopado de celdas de silicio

Un átomo de silicio tiene 4 electrones de valencia, que enlazan a los átomos adyacentes. Sustituir un átomo de silicio por un átomo que tenga 3 o 5 electrones de valencia producirá un espacio sin un electrón o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros; esta es la base del dopaje.

Tipos de dopaje

• Dopaje tipo p: La creación de agujeros se alcanza mediante la incorporación en el silicio de átomos con 3 electrones de valencia; generalmente se utiliza boro.
• Dopaje tipo n: La creación de electrones adicionales se alcanza incorporando un átomo con 5 electrones de valencia; generalmente fósforo.

Fabricación y contactos eléctricos

Una vez que se crea una unión p-n, se realizan los contactos eléctricos en el frente y en la parte posterior de la célula, evaporando o pintando con metal la plancha:

• La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente con metal.
• El frente de la misma debe tener solamente un patrón en forma de rejilla o líneas finas de metal; de otra manera, el metal bloquearía la luz solar y no habría respuesta a los fotones de la luz incidente.

En la producción de celdas solares, al silicio se le introducen átomos de impurezas (dopado) para crear una región tipo p y una región tipo n. El dopado se realiza por difusión a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor.

Funcionamiento de las celdas solares

Las celdas solares están formadas por dos tipos de material: silicio tipo p y silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio, y el campo interno producido por la unión separa algunas de las cargas positivas de las negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico.

Dinámica de cargas

• Los huecos se mueven hacia la capa tipo n.
• Los electrones se mueven hacia la capa tipo p.

Algunos electrones se recombinan en la unión con algunos huecos, creándose una barrera de potencial interno. La mayoría de los electrones y huecos solamente pueden recombinarse pasando a través de un circuito externo debido a esta barrera. Por lo tanto, si se cierra un circuito externo, se puede producir una corriente eléctrica a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres deben pasar a través del circuito para recombinarse con los huecos positivos.