¿Las células solares envejecen? ¿Porque y como?

Como escuché, la esperanza de vida de las células fotovoltaicas es normalmente de algunas décadas. Esto es muy largo, con respecto a su alto costo, tiene un efecto significativo (negativo) en los costos totales.

¿Por qué envejecen? Puedo ver la única posibilidad que podría dañar su estructura atómica, y este es el espectro de fotones ultravioleta (o incluso röntgen suave) enérgico del sol (que es solo una pequeña parte de su poder).

Y, creo, estos fotones podrían ser fácilmente filtrados por una capa de plástico transparente sobre el silicio.

Entonces, ¿por qué envejecen las células solares y qué sucede en ellas a nivel atómico?

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) estima algo así como un 0,4% -1% de degradación por año para paneles solares. No sé cuál es la acción química aquí (el resultado eléctrico es un aumento en la resistencia en serie de las células fotovoltaicas), pero la degradación a largo plazo de los paneles está correlacionada con la exposición a los rayos UV. Aunque dañan el material fotovoltaico, los rayos UV contienen energía que queremos recolectar, por lo que no podrá filtrarlo por completo sin anular el propósito del panel.

Otras causas de degradación están principalmente relacionadas con el clima, pero en forma de tensiones mecánicas para el sistema. Cualquier cosa, desde el viento hasta las nevadas, puede dañar los paneles al doblar los paneles para producir grietas menores en las células solares y las conexiones eléctricas integradas. Otros factores en un panel fotovoltaico degradado incluyen la corrosión, o la vida útil de los dispositivos eléctricos de soporte necesarios para mantener un sistema en funcionamiento (estos otros dispositivos pueden tener una vida útil más corta que el panel, y si son lo suficientemente caros causarían que el sistema sea insostenible comparado financieramente con el reemplazo de todo el sistema de paneles).

Fuente: http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/7475/What-Is-the-Lifespan-of-a-Solar-Panel.aspx (Consulte el enlace Leer más para ver el informe NREL)

Tenga en cuenta que las uniones PN se crean en primer lugar al difundir impurezas (dopantes) en el silicio a temperaturas elevadas (1000 - 1500 K). La eficiencia de la unión está relacionada con cuán bruscamente cambia la concentración de dopante en la unión (su gradiente).

A temperaturas más bajas, como aquellas a las que está expuesta una matriz solar (por ejemplo, 270 - 330 K), la difusión es mucho, mucho más lenta, pero no se detiene por completo. Con suficiente tiempo, los gradientes dopantes se vuelven menos pronunciados, lo que reduce la efectividad de la unión PN. A largo plazo (milenios), los dispositivos semiconductores dejarán de funcionar a medida que sus uniones desaparezcan por completo.

Para un ángulo diferente, mi experiencia con las células solares está basada en el espacio, en lugar de ser terrestre. Los principales impulsores de la degradación de las células solares basadas en el espacio son la radiación de partículas y los impactos de desechos orbitales. La radiación de partículas se degrada al desgastar la unión, y los desechos orbitales se degradan principalmente al aumentar la resistencia interna en serie de las células. Debido a que no hay aire para enfriar las células, el calentamiento por polarización inversa también puede ser un problema grave si una matriz solar queda parcialmente sombreada por otra estructura.