Fotovoltaicas

Photovoltaic panels on the roof of Metrohm Headquarters

Las tecnologías basadas en la luz jugarán un papel crucial en el futuro del suministro de la energía.

La energía fotovoltaica ha recorrido un largo camino desde la alimentación de las calculadoras de bolsillo y está mirando hacia un futuro brillante. Podría decirse que las celdas fotovoltaicas jugarán un papel protagonista en nuestro cambio de energía para un futuro libre de carbono.

En Metrohm queremos contribuir minimizando los residuos de carbono, ayudando a preservar el medio ambiente y los recursos naturales para las generaciones futuras. 

En el año 2016 hemos alcanzado un objetivo importante en este ambicioso viaje: los paneles solares en el techo de nuestra sede en Herisau, Suiza, ahora cubrirán el 25% de nuestra demanda de energía.


Silicio cristalino: monitorización de la velocidad de corrosión con titulación y cromatografía iónica

En total, el 80% de las células solares instaladas están hechas de silicio y se las conoce como células solares de primera generación. Cada oblea de silicio monocristalino y policristalino pasa por un proceso de decapado de química húmeda para lograr las propiedades idóneas en su superficie que le permitan mejorar la captura de luz. Y aquí entra en juego Metrohm. 

Las soluciones de decapado consisten en distintos ácidos, estabilizadores, agentes humectantes o tampones, con los que se determina la estructura de la superficie y con ello la eficiencia de las células solares. El decapado continuo aumenta la cantidad de silicio disuelto, que influye en la morfología de la superficie y en las velocidades de corrosión. La composición del baño de texturizado es la clave para producir células solares eficientes. En los ambientes más hostiles, nuestros aparatos analizan la composición de los baños de texturizado, mediante...

…titulación termométrica

Las mezclas de ácidos de corrosión que contienen HNO3, HF, y H2SiF6procedentes del decapado de sustratos de silicio pueden analizarse en dos determinaciones. La primera se hace mediante titulación directa con NaOH, seguida de una nueva titulación con HCl: esta determinación produce el contenido de H2SiFmás un valor para los contenidos combinados de ácido nítrico y fluorado. La segunda determinación consiste en la titulación con aluminio para determinar el contenido HF. A partir de estas dos determinaciones, el software calcula los resultados individuales para HNO3, HF, y H2SiF6.



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…titulación potenciométrica y medida directa

El contenido total de silicio en los baños de texturizado se puede determinar también mediante titulación potenciométrica. La determinación de la concentración de ácido total e individual y de silicio disuelto se llevó a cabo mediante titulación ácido-base acuosa con solución NaOH.

El electrodo Solitrode HF es el sensor de vidrio pH apropiado para la titulación potenciométrica. Posee una extraordinaria resistencia en baños de texturizado con contenido HF.

> Conozca más acerca del electrodo Solitrode HF

Opcionalmente, se puede determinar la concentración de fluoruro total con el electrodo fluoruro-selectivo de Metrohm (F-ISE). La diferencia entre el contenido total de fluoruro y el fluoruro adherido al hexafluorosilicato proporciona el contenido de ácido fluorhídrico. El contenido de ácido nítrico se puede calcular a partir del contenido de ácido total.

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...cromatografía iónica con detección dual

El fluoruro, nitrato, sulfato y acetato se determinan mediante detección de conductividad tras la supresión química, mientras que el silicio presente en la forma de hexafluorosilicato se detecta espectrofotométricamente en el mismo análisis como ácido molibdosilícico tras la derivatización.

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Células solares de capa fina: análisis del electrolito con voltamperometría

Las células de capa fina o de segunda generación se producen depositando capas extremadamente finas de materiales fotosensibles sobre diversos sustratos de plástico o vidrio, que resultan más económicos. La idea no es nueva: ya en los años 80, las células solares de silicio amorfo (a-Si) alimentaban nuestras calculadoras de bolsillo y relojes. La baja tasa de eficiencia de las células a-Si se compensa con creces por su facilidad de fabricación, bajo coste y la resistencia térmica que exige el funcionamiento en zonas con clima cálido.

También resultan muy prometedoras las otras dos tecnologías de capa fina PV dominantes, con capas absorbentes de diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y de teluro de cadmio (CdTe). La tecnología de capa fina se impone como el camino a seguir, mientras que la electrodeposición representa, por su parte, una forma extremadamente económica y fácil de producir células solares. La voltamperometría le permite analizar los constituyentes principales de baños galvánicos y aditivos con alta sensibilidad:

Células CIS: análisis voltamperométrico de Cd y tiourea en baños galvánicos

Se consigue una excelente absorción de luz mediante capas finas de diseleniuro de cobre e indio (CIS), conectadas con el semiconductor de sulfuro de cadmio (CdS) para producir una heterounión efectiva. Este último se deposita en un proceso de química húmeda que emplea acetato de cadmio y tiourea, la fuente para la generación de sulfuro in situ. El Cd2+ se absorbe en la superficie. Posteriormente, el sulfuro liberado durante la descomposición de la tiourea reacciona con el Cd2+absorbido. Las concentraciones de cadmio y tiourea en el baño se controlan con precisión mediante voltamperometría.

Pero hay más: además de la heterounión CdS, la voltamperometría puede utilizarse para determinar las concentraciones de soluciones de metal y aditivos en los baños galvánicos que se usan para la electrodeposición de la capa CIS en el molibdeno.

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Célula CIGS: análisis voltamperométrico de Cu, In, Ga, y Se(IV) en soluciones de electrolito

Las células solares de seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) se han creado sustituyendo parte del galio por indio. Las células CIGS superaron el 20% del objetivo de eficiencia en 2008. Las CIGS son las células solares de capa fina más importantes; consisten en una fina capa de sulfuro de cadmio (CdS) que forma la heterounión p-n con el absorbente Cu(InGa)Sede la célula CIGS más gruesa.

Las capas finas de Cu(InGa)Se2 se preparan mediante electrodeposición de un solo paso a partir de soluciones salinas de metal de baja concentración sobre molibdeno. El indio, el selenio y el cobre en los electrolitos se determinan mediante polarografía en el electrodo de plata por suspensión de gota de mercurio (DME). Para el análisis del galio, se utiliza la redisolución anódica en el electrodo de mercurio de gota colgante (HMDE). Como ya se ha mencionado en el capítulo sobre el CIS, la voltamperometría controla también el contenido de Cd y tiourea para las deposiciones de CdS.

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Caracterización de la célula electroquímica mediante potenciostatos/galvanostatos

Los potenciostatos/galvanostatos de Metrohm Autolab permiten el análisis sencillo de procesos electroquímicos y fotoelectroquímicos en células solares de silicio protocristalino (nC-Si) y silicio negro, células multiunión de arseniuro de galio (GaAs), células sensibilizadas por colorante (DSC) y células de polímero orgánico. La validación de todas estas tecnologías fotovoltaicas tan prometedoras implica un sinfín de medidas electroquímicas, desde curvas de corriente-potencial (IV) y de tensión-potencial (PV) hasta medidas de impedancia. Metrohm Autolab ofrece la instrumentación y conocimientos técnicos necesarios.

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Otras aplicaciones y productos

Optimización de parámetros de revestimiento con ProcessLab

No importa qué paso del proceso del texturizado del silicio cristalino se deba monitorizar: decapado, limpieza, lavado o hidrofilización; los parámetros estándar del valor de pH y conductividad son fundamentales para la morfología de la superficie y siempre se deben monitorizar. El instrumento de análisis personalizable ProcessLab hará este trabajo por usted, incluso en los ambientes HF más hostiles. Además de estas medidas directas, ProcessLab le permite monitorizar todos los pasos de texturizado ácido y alcalino, limpieza, lavado, aclarado e hidrofilización

Vea más campos de aplicación Conozca más acerca del sistema ADI 2045PL ProcessLab

Titulación de tensioactivo en baños de texturizado

Las células solares de silicio necesitan tener una superficie frontal texturizada para reducir la pérdida de energía que se produce con la reflexión. Los tensioactivos en el baño de texturizado (p. ej., dodecilsulfato sódico o bromuro de cetiltrimetilamonio) influyen decisivamente sobre la morfología de la superficie y el grosor de capa, razón por la cual se debe controlar su concentración de forma estricta. Metrohm ofrece diversos métodos de determinación potenciométrica para tensioactivos aniónicos y catiónicos.

Tensioactivos no iónicos Tensioactivos aniónicos y catiónicos

Control del baño de la parte delantera con espectroscopia NIR

La fase de química húmeda del proceso para el texturizado alcalino de la superficie de la oblea es fundamental. La espectroscopia NIRS permite la monitorización en tiempo real de las concentraciones de baño de, por ejemplo, hidróxido, silicato y 2-propanol. El método es muy fiable y rápido, y carece de piezas consumibles.

Instrumentos de análisis online NIRS