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Retos de los fabricantes de capa fina

capa finaHa habido informes de muchos medios de comunicación recientemente que discuten lo arriesgada que es la industria de producción de módulos de capa fina, citando a las grandes empresas que están abandonando el mercado. Sin embargo, es importante recordar que el cristalino tiene casi una ventaja de 3 décadas con los módulos de capa fina que no han tenido el nivel de inversión en tecnología fotovoltaica que los cristalinos han tenido sostenidamente. la capa fina sólo ha sido verdaderamente comercial en la última parte de la década pasada, y las cuotas de mercado se preveen que crezcan al 31% en 2013 (iSuppli Corporation, 2009). Los inversores y los clientes están empezando a ver el potencial de capa fina -y creo que en pocos años más podría convertirse en la tecnología predominante en la industria fotovoltaica. Estas proyecciones muestran un futuro brillante a los módulos de capa fina, pero no está exento de retos.

SEÚL, COREA DEL SUR (26 de octubre de 2010) – La tecnología de capa fina ha seguido avanzando, centrándose en aplicaciones de nicho portable y flexible, y recientemente ha ganado mayor aceptación como una tecnología fotovoltaica viable para el mercado masivo. Este retraso se ha hecho difícil para los fabricantes de capa fina, que ahora están tratando de hacerse un hueco en la corriente principal del mercado fotovoltaico. Estos fabricantes se enfrentan a tres desafíos fundamentales:

1. Baja eficiencia. Debido en parte a la falta de inversión en investigación y desarrollo de tecnologías de capa delgada sufren de eficiencia significativamente menor que la del cristalino que requieren tanto como el doble de espacio para ofrecer la misma potencia. Esto puede ser un problema en instalaciones con limitaciones de espacio, sino que también aumenta el costo relativo de trasiego, el cableado y la instalación, obligando a los fabricantes de película fina para vender sus módulos a un precio menor por vatio que sus contrapartes cristalinas. Si bien algunas de las tecnologías probablemente nunca estar a la par con la tecnología cristalina en términos de eficiencia, otros prometen y es probable que ponerse al día ya que la producción aumento de los volúmenes. Por ejemplo, la tecnología de la CEI ya la entrega del producto comercial con la eficiencia entre 10-12%. Más recientemente, en Alemania el 4 de mayo de 2010, investigadores del Centro para Energía Solar e Investigación en Hidrógeno creado una célula de la CEI, que fue del 20, 1% de eficiencia y podría producir un mercado de productos listos con un 15% la eficiencia dentro de los próximos años (Fotovoltaica Mundial de 2010 ).

2. Competitividad en costes a corto plazo. Gran parte de la reciente inversión en tecnología de fabricación de capa fina se vio impulsadoa por los precios de mercado de alta en los últimos años. A medida que estas nuevas fábricas de capa fina vino en línea, la dinámica del mercado habían cambiado y se desplomaron los precios del módulo. Con márgenes mucho más bajos disponibles para apoyar a sus ambiciosos planes de crecimiento, algunas compañías de capa fina se están cerrando sus puertas. Sin embargo, la mayoría están presionando con un enfoque en el crecimiento sostenible con el apoyo de I + D para mejorar la eficiencia con el fin de ser capaz de alcanzar su potencial. First Solar, la película éxito de la historia-delgado, es la excepción a esta regla y ha conseguido los costes de producción que son la mitad de la del cristalino en dólares de los EE.UU. 0, 90 con la eficiencia de entre el 10-11%. Si bien las características de su tecnología sin duda contribuyeron a este logro, First Solar también ha tenido el beneficio de la inversión constante en el desarrollo de su tecnología patentada y su capacidad de fabricación en la última década.

3. Perspectivas de rentabilidad. A pesar de que ha existido por más de 20 años, delgada película se ve como una “nueva” tecnología. Esto crea dificultades para obtener financiación del proyecto. Una vez más, la caída de los precios en la tecnología cristalina, y una situación de exceso de oferta exacerbar el problema de capa fina ya están disponibles alternativas probadas. los fabricantes de película fina son la superación de esta barrera a través de pruebas intensivas y fiabilidad gracias al apoyo de grandes compañías de seguros que están detrás de las garantías.

De capa fina Supera Sin embargo, la investigación nuevos resultados muestran módulos de capa fina superando módulos cristalinos en no ideal (es decir, del mundo real) las condiciones, mejor los datos de rendimiento en los niveles más bajos de luz, como luz difusa, así como en la luz del sol directa con las altas temperaturas. Por ejemplo, en dos estudios de caso presentados por Forrest Collins de JUVI solar en un solares de capa fina reciente conferencia en California, su instalación teluro de cadmio mostró un 3, 2% -5, 7% mayor rendimiento de cristalino en el mismo lugar. Aunque el aumento de la producción de este relativa a la potencia nominal es un claro beneficio en sí mismo, hay una más profunda en los beneficios, especialmente cuando se trata de instalaciones comerciales:El rendimiento de los módulos de capa fina sufre menos que el de cristalino cuando no se instalan en la orientación ideal. Esto se convierte en un factor más importante que los sistemas fotovoltaicos pasar de instalaciones escaparate de alta ingeniería para instalaciones más práctico que el sistema es tratado más como un aparato de construcción. En estos casos, el objetivo es mantener la ingeniería inicial y los costos de diseño personalizado lo más bajo posible. Esto da lugar a una “estructura optimizada de instalación, es decir, una instalación en línea con la estructura del edificio y en la inclinación relativamente bajo. El rendimiento superior de la película fina en esas condiciones la tecnología ayudará a establecerse en el mercado sobre las azoteas comerciales principales, y, finalmente, dará lugar a su dominio de las aplicaciones de integración arquitectónica, la última instalación “estructuralmente optimizado.

(Texto de Brent Harris, vicepresidente de tecnologías de energía sostenible (www.sustainableenergy.com)),

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Challenges to Thin-film Manufacturers

capa finaThere have been many media reports recently which discuss what a risky industry the thin-film industry is, citing large companies who are backing out of the market. However, it is important to remember that crystalline had almost a 3-decade head start on thin film which has not had the level of sustained technology investment that crystalline photovoltaics has enjoyed. It has only been truly commercial in the latter part of the past decade, and market shares are already projected to grow to 31% by 2013 (iSuppli Corporation, 2009). Investors and customers are starting to see the potential in thin film–and believe that in just a few more years it could become the predominant technology in the photovoltaic industry. These projections show the bright future ahead for thin film–but it is not without its challenges.

SEOUL, SOUTH KOREA (October 26, 2010) – Thin-film technology continued to progress, focusing on niche portable and flexible applications and has recently gained greater acceptance as a viable photovoltaic technology for the mass market. This late start has made it difficult for thin-film manufacturers that are now trying to gain a foothold in the mainstream PV market. These manufacturers are faced with three basic challenges:

1. Lower efficiency. Due in part to the lack of research and development investment thin-film technologies suffer from significantly lower efficiencies than that of crystalline–requiring as much as double the space to deliver the same power. This can be a problem in space constrained installations, but also increases the relative cost of racking, wiring and installation, forcing thin-film manufacturers to sell their modules at a lower price per watt than their crystalline counterparts. While some of the technologies will likely never be on par with crystalline technology in terms of efficiency, others show promise and are likely to catch up as production volumes increase. For example, CIS technology is already delivering commercial product with efficiencies between 10-12%. Most recently, in Germany on May 4  2010, researchers at the Centre for Solar Energy and Hydrogen Research created a CIS cell which was 20.1% efficient and could produce a market ready product with 15% efficiency within the next few years (Photovoltaics World, 2010).

2. Near-term cost competitiveness. Much of the recent investment in thin-film manufacturing technology was driven by the high market prices in recent years. As these new thin-film factories came online, the market dynamics had changed and module prices plummeted. With much lower margins available to support their ambitious growth plans, some thin-film companies are closing their doors. However, most are pressing on with a focus on sustainable growth supported by R&D to improve efficiency in order to be able to reach their potential.
First Solar, the thin-film success story, is the exception to this rule and has achieved production costs which are half of that of crystalline at US$0.90 with efficiencies of between 10-11%. While the characteristics of its technology certainly contributed to this achievement, First Solar has also had the benefit of steady investment into the development of its proprietary technology and its manufacturing capacity over the past decade.

3. Bankability. Although it has been around for over 20 years, thin film is seen as a ‘New‘ technology. This creates difficulty in getting project financing. Again, the dropping prices on crystalline technology, and an oversupply situation exacerbate the problem for thin film since proven alternatives are available. Thin-film manufacturers are overcoming this barrier through intensive reliability testing and through support from large insurance companies who will stand behind the warranties.

Thin-film Outperforms
However, new research results are showing thin-film modules outperforming crystalline modules in non-ideal (i.e., real-world) conditions–better performance data in lower light levels such as diffused light, as well as in direct sunlight with high temperatures. For example, in two case studies presented by Forrest Collins of juwi Solar at a recent thin-film solar conference in California, their cadmium telluride installation showed a 3.2%-5.7% higher performance than crystalline at the same location.
While this higher output relative to rated power is a clear benefit on its own, there is a deeper benefit–especially when it comes to commercial installations: The performance of thin-film modules suffers less than that of crystalline when they are not installed at the ideal orientation. This becomes a more important factor as photovoltaic systems move from highly engineered showcase installations to more practical installations where the system is treated more as a building appliance. In these cases, the goal is to keep the upfront engineering and custom design costs as low as possible. This results in a ‘structurally optimized‘ installation, meaning an installation aligned with the building structure and at relatively low tilt. The superior performance of thin film under such conditions will help the technology to establish itself in the mainstream commercial rooftop market, and will eventually lead to its dominance of BIPV applications–the ultimate ‘structurally optimized‘ installation.
(Text by Brent Harris, Vice President at Sustainable Energy Technologies (www.sustainableenergy.com)).

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Células de capa fina

Uno de los descubrimientos científicos de semiconductor de pelícuaa fina para ordenadores pelicula fina también tiene un gran potencial en la industria de la energía fotovoltaica (PV) : tecnología de película delgada. La “película delgada”, término que proviene del método utilizado para el depósito de la película, no de la delgadez de la película: En las células de película delgada se depositan en sucesivas capas de átomos muy delgadas, moléculas o iones. Las células de película delgada tienen muchas ventajas sobre sus contrapartes “de película gruesa” . Por ejemplo, usan mucho menos material -la zona activa de la célula suele ser sólo de 1 a 10 micrómetros de espesor, mientras que las películas gruesas generalmente son de 100 a 300 micrómetros de espesor. Además, células de película delgada por lo general pueden ser fabricados en un proceso de gran superficie, que puede ser un proceso automatizado y de producción continua. Por último, pueden ser depositados en  materiales de sustrato flexible.

Deposición de película delgada.

Diferente variedad de técnicas de deposición pueden utilizar se, y todos ellas son potencialmente menos caros que los lingotes de las técnicas necesarias para el crecimiento de silicio cristalino. A grandes rasgos,   se pueden clasificar las técnicas de deposición en: La deposición física de vapor y la deposición química de vapor, la deposición electroquímica, o una combinación. Y como el silicio amorfo, las capas pueden ser depositados en varios sustratos de bajo costo (o “superstrates”) como el vidrio, acero inoxidable o de plástico en virtualmente cualquier forma. Además, estos procesos de deposición se pueden ampliar fácilmente, lo que significa que la misma técnica empleada para hacer una de 2 pulgadas x 2-pulgadas de células de laboratorio puede ser utilizado para hacer una de 2 pies x 5 pies de módulos fotovoltaicos – en cierto sentido, es sólo una célula fotovoltaica enorme. Las películas delgadas se diferencia de las células monocristalinas de silicio, que debe ser interconectadas individualmente en un módulo. En cambio, los dispositivos de película delgada se puede hacer como una sola unidad – es decir, monolíticamente – con capa sobre capa, se depositan de forma secuencial en un sustrato, como la deposición de un recubrimiento antirreflectante y transparente de óxido conductor.

Estructura de las células de capa fina.

capas semiconductoras

Las céluas de película delgada policristalinas tienen una estructura de heterounión, en la que la capa superior está hecha de un material semiconductor diferente a la capa de semiconductor de fondo. La capa superior, por lo general type-n, es una "ventana" que permite el paso de casi toda la luz a través de la capa "absorbente", por lo general de tipo-p. Un "contacto óhmico" se utiliza a menudo para proporcionar una buena conexión eléctrica con el sustrato.

A diferencia de la mayoría de las células monocristalinas, una típica película delgada dispositivo no dispone de una rejilla de metal para el contacto eléctrico superior. En su lugar, utiliza una capa fina de óxido  transparente, tales como el óxido de estaño. Estos óxidos son muy transparentes y conducen la electricidad muy bien. Un revestimiento anti separado podría rematar el dispositivo, a menos que el óxido transparente sirva para la realización de esa función.

Las células policristalinas de película delgada  están hechas de muchos pequeños granos  de materiales semiconductores cristalinos. Los materiales utilizados en estas células de película delgada policristalina tienen propiedades que son diferentes de las de silicio. Así pues, parece que funciona mejor para crear el campo eléctrico con una interfaz entre dos materiales semiconductores diferentes. Este tipo de interfaz se llama heterounión ( “hetero”, ya que está formado por dos materiales diferentes, en comparación con el homounión “formado por dos capas de dopados del mismo material, como el de células solares de silicio). La típica película delgada policristalina es muy delgada (menos de 0, 1 micras) por capa sobre la llamada “ventana” de la capa. El papel de la capa de ventana es la de absorber la energía de la luz de sólo el fin del espectro de alta energía . Debe ser lo suficientemente delgada y tener un gap suficientemente amplio (2, 8 eV o más) para que toda la luz disponible a través de la interfaz (heterounión) a la capa absorbente. La capa de absorción debajo de la ventana, por lo general dopada tipo-p, debe tener una alta absortividad (capacidad de absorción de fotones) de alta corriente y un espacio de banda adecuado para proporcionar una buena tensión. Sin embargo, es normalmente de  sólo 1 a 2 micras de espesor.

Diseleniuro de cobre e indio (CIS)

El diseleniuro de indio con cobre (CuInSe2 o “CIS”) tiene una cristalinocristalino absortividad extremadamente alta, lo que significa que el 99% de la luz que brilla en la CEI será absorbida en el primer micrómetro de los materiales. Las células a partir de la CEI suelen ser estructuras de hetereounión – estructuras en las que la unión se forma entre los semiconductores con gaps en bandas diferentes. El material más común para la parte superior o capa de ventana en los dispositivos de la CEI es el sulfuro de cadmio (CdS), aunque el zinc se agrega a veces para mejorar la transparencia. La adición de pequeñas cantidades de galio para la capa inferior de absorción de la CEI refuerza su banda prohibida de sus electrones normales de 1.0 voltios (eV), que mejora la tensión y por lo tanto la eficacia del dispositivo. Esta variación particular, se denomina de cobre diseleniuro de indio, galio o célula fotovoltaica “CIGS” .

Telururo de cadmio (CdTe)

Telururo de cadmio es otro prominente material de película delgada policristalina. Con una banda prohibida casi ideal de 1, 44 eV, CdTe también tiene una absortividad muy alta. Aunque CdTe es el más utilizado en dispositivos fotovoltaicos sin alear, es fácil la aleación de zinc, mercurio, y algunos otros elementos para modificar sus propiedades. Al igual que la CEI, las películas de CdTe pueden ser fabricados utilizando técnicas de bajo costo.

También, como la CEI, las mejores células CdTe emplean una interfaz heterounión, con sulfuro de cadmio (CdS) que actúa como una “ventana” capa delgada. El óxido de estaño se utiliza como un óxido transparente y la realización de revestimiento antirreflectante. Un problema con CdTe es que las películas de CdTe tipo-p tienden a ser altamente resistente eléctricamente, lo que conduce a grandes pérdidas por la resistencia interna. Una solución es permitir que la capa de CdTe a ser intrínseca (es decir, ni el tipo ni Type-p-N, pero natural), y añadir una capa de zinc Telluride tipo-p (CnTe) entre el CdTe y el contacto eléctrico trasero. Aunque están separados por CdS tipo-n y el tipo-p CnTe, todavía forma un campo eléctrico que se extiende a la derecha a través de la CdTe intrínseco. Cuando se trata de hacer que las células de CdTe, una amplia variedad de métodos son posibles, incluyendo la sublimación en espacio cerrado, electrodeposición y deposición química de vapor.

Película delgada de silicio.

El término “de película delgada silicio” generalmente se refiere a los dispositivos basados en silicio PV distintos de las células de silicio amorfo y de una sola las célula de silicio cristalino (cuando la capa de silicio es más gruesa de 200 micrómetros). Estas películas han absortividad alta de la luz y pueden requerir espesores de células de sólo unos pocos micrómetros o menos. De silicio nanocristalinos y los pequeños de silicio policristalino de grano – considerado delgada de silicio de película – puede ser capaz de sustituir a las aleaciones de silicio amorfo como célula de fondo en los dispositivos de multijuntura. Como ocurre con otras películas delgadas, las ventajas son el ahorro de material, el diseño del dispositivo monolítico, utilización de sustratos de bajo costo, y procesos de fabricación que la temperatura es baja y es posible en grandes extensiones.

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