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Fabricación de células solares con vacío

Al utilizar tecnología de vacío de vanguardia, los fabricantes pueden producir paneles solares a una velocidad más rápida y aumentar su eficiencia y durabilidad.

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El papel del vacío en la fabricación de células solares

La industria solar está allanando el camino para las fuentes de energía renovables del futuro. El vacío desempeña un papel clave en la fabricación de paneles solares preparados para el futuro. Se utiliza desde el primer momento para crear el silicio que compone cada célula, hasta la laminación de las capas finales.

Los paneles solares son una opción popular para los consumidores y las empresas a medida que la tecnología se vuelve más eficiente y rentable. Sin embargo, a medida que la demanda de paneles solares sigue creciendo, también lo hace la necesidad de procesos de producción más eficientes.
El vacío permite una producción más rápida y una mayor eficiencia y durabilidad de los paneles solares.

Al utilizar tecnología de vacío de vanguardia, los fabricantes pueden producir paneles solares a una velocidad más rápida y aumentar su eficiencia y durabilidad.

Además, una tecnología de vacío óptima también puede ayudar a reducir los residuos y aumentar la sostenibilidad del proceso de producción de paneles solares. Gracias a la distribución uniforme de los recubrimientos sobre las células solares, se generan menos residuos.

Busch ofrece una solución de vacío óptima para la industria de la energía solar.

Aplicaciones de vacío en la fabricación de células solares

Mediante el uso de la tecnología de vacío, los fabricantes de paneles solares pueden producir paneles solares duraderos, eficientes y fiables.

Existen cuatro aplicaciones principales de vacío durante el proceso de fabricación de paneles solares:
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Cultivo de cristales de silicio al vacío

Las células que componen un panel solar están hechas de silicio, uno de los elementos más abundantes de la Tierra. Se encuentra en casi todas las rocas, arenas de playa naturales y suelos, pero siempre en combinación con otros elementos, normalmente oxígeno.

Se necesita silicona pura para los paneles solares. Para crearla, se funde polisilicio, un formulario de silicona de alta pureza, y se introduce un cristal de semilla. Sin embargo, en su estado fundido, el silicio se vuelve especialmente reactivo. Las moléculas de gas, las partículas de polvo y otras impurezas pueden reaccionar e interferir con el crecimiento de los cristales de silicio, lo que en última instancia afecta a su rendimiento y a la eficiencia del panel solar.

Se utiliza un sistema de vacío para extraer todo el aire de la cámara de proceso. Bajo vacío, la silicona ya no tiene nada con lo que reaccionar, por lo que el cristal estará libre de impurezas.

En este entorno sin contaminantes, se puede cultivar silicio puro. Comienza a formarse en el cristal semilla. A medida que el cristal se extrae lentamente de la silicona fundida, se crea una varilla larga que se puede cortar en láminas ultrafinas de unos 200 µm.

Sin embargo, son necesarias ciertas impurezas. El dopaje introduce pequeñas cantidades de otro elemento, normalmente boro o fósforo, para crear la oblea de silicio. Estos se unen a los átomos de silicio y crean «electrones libres» que pueden transmitir electricidad a través del circuito. Esto es lo que convierte el silicio puro, un aislante, en un semiconductor.
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Cámaras Load Lock

Varias etapas críticas de la producción de paneles solares tienen lugar en una cámara de vacío para proporcionar un entorno estable y sin contaminantes para las sensibles obleas de silicio.

Sin embargo, para evitar cambios repentinos de presión durante la transferencia de las láminas de las condiciones atmosféricas a la cámara principal, es necesaria una etapa intermedia: la cámara load lock. Esta cumple una función similar a una esclusa en la puerta de una nave espacial, proporcionando un búfer entre las dos cámaras cuando se cargan y descargan las obleas.

La cámara load lock funciona en ciclos entre la presión ambiental atmosférica y el nivel de vacío de la cámara principal. Esto significa que la cámara principal nunca pierde presión, lo que garantiza una duración del ciclo rápida y una menor contaminación.

Productos adecuados para cámaras load lock
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Procesos de recubrimiento

Las células solares están recubiertas con diferentes materiales. Dependiendo del material y de la técnica, el recubrimiento tiene diferentes propiedades. El uso de vacío garantiza que el material de recubrimiento se distribuya uniformemente, esté libre de burbujas de aire y tenga un grosor uniforme. Todo esto mejora la eficiencia de cada célula solar.

Hay dos métodos de recubrimiento diferentes utilizados en la fabricación de paneles solares: deposición física del vapor (PVD) y deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD). Ambas son técnicas de deposición de película fina, pero tienen diferentes métodos y se utilizan para diferentes fines. En un proceso PVD, el vapor se condensa en el sustrato para formar el recubrimiento. Sin embargo, el proceso PECVD hace que el vapor sufra una reacción química en el sustrato, creando una película fina.

En la fabricación de paneles solares, el PVD se suele utilizar para añadir una capa física, como una capa protectora para proteger la célula solar de los elementos.

Productos adecuados para el recubrimiento de PVD

Por otro lado, el PECVD se utiliza cuando se requieren propiedades químicas y eléctricas específicas, como la incorporación de una capa de recubrimiento antirreflectante. Esto hace que el panel solar sea más eficiente al ayudar a las células a capturar partículas de luz para generar electricidad. Más información sobre cómo funcionan los procesos de recubrimiento.

Productos adecuados para el recubrimiento de PECVD
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Laminado de módulos solares

El laminado de alta calidad es crucial para garantizar la longevidad de los módulos solares. Durante este proceso, se pegan varias capas de láminas, incluida una tapa de vidrio y una lámina protectora.

El vacío elimina cualquier aire atrapado entre las capas, creando una unión hermética y eliminando el riesgo de delaminación, lo que podría disminuir la eficiencia del módulo solar con el tiempo.

Productos adecuados para el laminado

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Nuestros productos relacionados

Nuestras soluciones de vacío se utilizan en grandes plantas de producción de paneles solares. En todo el mundo. Y gozan de gran reputación por su fiabilidad. En todas las etapas de la producción de paneles solares.

 
Recubrimiento PVD
Recubrimiento CVD/PECVD
Laminado
Cámara de bloqueo de carga
 
COBRA NX
PANDA WV

(cámara load lock)
 
 
COBRA NX
PUMA WY

(cámara de proceso)
 
 
COBRA DS

(cámara load lock / cámara de proceso)
COBRA NC
PANDA WV
 
 

(primera cámara)
COBRA NX
PANDA WV
 
 

(segunda cámara)
MINK MM
 
 
 
COBRA NX
PANDA WV
 
 

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Sistemas de vacío personalizados

Más información sobre la fabricación de células solares con vacío

¿Cuál es la diferencia entre una célula solar y un panel solar?

Cuando hablamos de energía solar, tendemos a hablar de paneles solares. Pero un panel solar no es el componente más pequeño. El más pequeño es la célula solar, o célula fotovoltaica. Esta consta de dos capas de obleas semiconductoras. Si se conectan varias células solares en paralelo, forman un módulo solar. Estos están encapsulados y sellados como un solo objeto.

Uno o más módulos solares empaquetados como una unidad instalable se convierten en un panel solar. Y un panel solar consta de varios paneles solares conectados en serie o en paralelo, en solo unos pocos módulos o en varias hectáreas.

¿Cómo se fabrican los paneles solares?

El proceso de fabricación de paneles solares, también conocido como paneles fotovoltaicos (PV), se compone de varios pasos, incluida la producción de obleas de silicio, el procesamiento de células y el montaje de módulos.

El proceso de fabricación de paneles solares más común incluye las siguientes tres aplicaciones de vacío:

  • Cristales de silicio en crecimiento: la arena de cuarzo (SiO2 ) se calienta a altas temperaturas con un agente reductor (carbono) en un horno. Las moléculas de oxígeno de la arena se combinan con el carbono para crear monóxido de carbono (CO), dejando detrás silicio fundido puro. Se coloca una varilla de cristal semilla en la superficie de silicona y se tira lentamente hacia arriba. Esta acción combinada con la rotación forma un lingote de silicio. Para evitar que penetren impurezas en el cristal de silicio, este proceso se lleva a cabo bajo vacío. A continuación, el lingote de silicio se corta en discos delgados de papel llamados obleas de silicio.
  • Procesos de recubrimiento: dependiendo del tipo de panel solar que se fabrique, las obleas de silicio se someten a varios procesos químicos antes de fabricarse como células solares. Dado que el silicio puro es brillante, las células son reflectantes. Por lo tanto, se deposita un recubrimiento antirreflectante en su superficie bajo vacío.
  • Laminado de módulos solares: varias células solares se unen mediante conectores metálicos para formar un módulo solar. En la parte superior del módulo se coloca una fina capa de vidrio y la lámina posterior está fabricada con un material polimérico de larga duración. El vacío garantiza la eliminación de cualquier aire atrapado entre las capas, lo que garantiza la resistencia y la longevidad del módulo terminado.

¿Existen diferentes tipos de paneles solares?

Existen cuatro tipos principales de paneles solares:

  • Los paneles monocristalinos, también conocidos como panelesde un solo crisal, se fabrican cultivando un único cristal de silicio puro que se corta en múltiples láminas. Son ideales para ubicaciones con espacio limitado. Incluso en zonas con poca luz solar, estos paneles solares pueden recoger la máxima cantidad de energía.
  • Los paneles de emisores pasivados y de celdas traseras (PERC) son una versión modificada de los paneles monocristalinos con mayor eficiencia. Cuentan con una capa reflectante adicional en la parte trasera. Esto les permite capturar fotones adicionales y producir más energía solar que un panel tradicional.
  • Los paneles solarespolicristalinos o multicristalinos están formados por varios cristales de silicio. Las obleas se forman al fundir una serie de fragmentos de silicio. A continuación, esta mezcla se vierte en un molde del tamaño de una sola célula solar. Esto hace que los paneles policristalinos sean más ecológicos, ya que su proceso de conformación significa que poco o ningún material se absorbe como residuo. Dentro de esta categoría se puede distinguir entre los dos tipos siguientes:
    • Contacto pasivado con óxido de túnel (TOPCon): en la parte posterior de la celda se añade una capa de óxido ultrafina. Esto ayuda a la celda a manejar tensiones más altas, lo que aumenta la producción de energía. Las células TOPCon también son más eficientes que las células PERC, especialmente en condiciones de poca luz.
    • Heterounión (HJT): estas células están compuestas por tres capas de material fotovoltaico. Utilizan dos tecnologías de células diferentes, silicio policristalino y silicio de película delgada, que trabajan juntas para producir electricidad. Las celdas HJT se combinan generalmente para crear paneles más grandes que otras tecnologías de celdas y pueden alcanzar altos niveles de eficiencia.
  • Los paneles solares de película delgada están formados por varias capas. Estas capas son tan finas que son flexibles. Los paneles son más ligeros y fáciles de instalar, ya que no requieren un soporte de bastidor. Los paneles solares de película delgada no están hechos de silicio, sino de telurido de cadmio (CdTe), silicio amorfo (a-Si) y selenuro de indio-galio de cobre (CIGS), también conocido como perovskita. Son más eficientes que las células HJT.

Cada tipo de panel solar utiliza vacío en diferentes etapas del proceso de fabricación de paneles solares. Dependiendo del tipo, esto puede ocurrir durante el crecimiento de silicona, el recubrimiento o la laminación, o los tres.

¿Cuál es la materia prima para la fabricación de paneles solares?

La arena de cuarzo, también conocida como arena de playa natural, se utiliza para fabricar paneles solares. A partir de esta arena se puede producir silicio puro, que es el material principal necesario en la fabricación de paneles solares. El silicio puro es extremadamente reactivo en su estado fundido, por lo que se procesa al vacío para evitar que las impurezas entren en el cristal de silicio.

Historias de éxito