¿Cuál es la diferencia entre las células solares tipo P y tipo N?

En primer lugar, la base del principio de funcionamiento de las células solares es el efecto fotovoltaico de la unión PN del semiconductor. El llamado efecto fotovoltaico es un efecto en el que se genera fuerza electromotriz y corriente cuando se ilumina el objeto, cambia el estado de distribución de carga en el objeto. Cuando la luz del sol u otra luz golpea la unión PN del semiconductor, aparece un voltaje en ambos lados de la unión PN, llamado voltaje fotogenerado.

Silicio tipo P y silicio tipo N

Cuando se agrega energía al silicio puro (como en forma de calor), hace que varios electrones se separen de sus enlaces covalentes y abandonen el átomo. Cada vez que sale un electrón, queda un hueco. Esos electrones luego deambularían por la red, buscando otro agujero en el que asentarse. Estos electrones se denominan portadores libres y pueden transportar corriente eléctrica. Mezclar silicio puro con átomos de fósforo requiere muy poca energía para escapar de un cierto electrón "en exceso" del átomo de fósforo (los cinco electrones más externos). Cuando se dopa con átomos de fósforo, el silicio resultante conocido como tipo N ("n" significa cargado negativamente), solo una parte de la celda solar es de tipo N.

Otra parte del silicio está dopada con boro, y la capa de electrones más externa del boro tiene solo tres en lugar de cuatro electrones, por lo que se puede obtener silicio de tipo P. No hay electrones libres en el silicio tipo p.

Célula solar de tipo P y célula solar de tipo N

El elemento de boro se difunde en el material semiconductor de tipo p para formar una célula solar con una estructura de tipo n/p, que es una oblea de silicio de tipo p;

El fósforo se inyecta en el material semiconductor de tipo N para formar una célula solar con estructura de tipo ap/n, que es una oblea de silicio de tipo N;

En la actualidad, el producto principal en la industria fotovoltaica son las obleas de silicio tipo P. Las obleas de silicio tipo P tienen un proceso de fabricación simple y de bajo costo. Las obleas de silicio de tipo N suelen tener una vida útil más larga para los portadores minoritarios y una mayor eficiencia de celda, pero el proceso es más complicado. Las obleas de silicio de tipo N están dopadas con elementos de fósforo, el fósforo y el silicio tienen poca compatibilidad y la distribución del fósforo es desigual al tirar de la varilla. Las obleas de silicio tipo P están dopadas con elementos de boro, y los coeficientes de segregación de boro y silicio son equivalentes, y la uniformidad de dispersión es fácil de controlar.

La alta eficiencia de las celdas de silicio es actualmente el objetivo de la industria fotovoltaica, porque se cree que mejorar la eficiencia significa más competitividad. Sin embargo, la mayor eficiencia de los módulos fotovoltaicos de tipo P tiene su cuello de botella inherente. Cuando los módulos fotovoltaicos de tipo N obtienen una alta eficiencia, la dificultad del proceso aumenta y el costo también aumenta. El entorno de aplicación de las células fotovoltaicas es muy duro, por lo que su estabilidad a largo plazo se convertirá en un factor clave a tener en cuenta en el futuro. Por tanto, la futura industria fotovoltaica y sus aplicaciones deberán buscar un equilibrio en los tres aspectos eficiencia-coste-fiabilidad a largo plazo.