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Corriente de Cortocircuito

La corriente de cortocircuito es la corriente a través de la célula solar cuando el voltaje a través de la célula solar es cero (es decir, cuando la célula solar está en cortocircuito). Por lo general, escrita como ISC, la corriente de cortocircuito se muestra en la curva IV de abajo.

iv curve

Curva IV de una célula solar mostrando la corriente de cortocircuito.

La corriente de cortocircuito es debida a la generación y recogida de los portadores inducidos por luz. Para una célula solar ideal, con los mecanismos de perdidas resistivas más moderados, la corriente de corto circuito y la corriente inducida por luz son idénticas. Por lo tanto, la corriente de cortocircuito es la corriente más grande que puede extraerse de la célula solar.

La corriente de cortocircuito depende de una serie de factores que se describen a continuación:

  • El área de la célula solar. Para eliminar la dependencia del área de la célula solar, es común usar la densidad de corriente de cortocircuito (Jsc en mA/cm2) en lugar de la corriente de cortocircuito;
  • el número de fotones (es decir, la potencia de la fuente de luz incidente). La ISC de una célula solar es directamente dependiente a la intensidad de la luz como se discute en Efecto de la Intensidad de Luz;
  • el espectro de la luz incidente. Durante la mayor de medidas de la célula solar, el espectro ha sido estandarizada al espectro AM1.5 spectrum;
  • las propiedades ópticas (absorción y reflexión) de la célula solar (discutido en pérdidas ópticas); y
  • la probabilidad de colección de la célula solar, que depende principalmente de la pasivación de la superficie y la vida útil de portadores minoritarios en la base.

Cuando se comparan las células solares del mismo tipo de material, el parámetro del material más crítico es la longitud de difusión y la pasivación de la superficie. En una célula con superficie perfectamente pasivada y generación uniforme, la ecuación para la corriente de cortocircuito se puede aproximar a:

donde G es la tasa de generación, Ln y Lp son las longitudes de difusión del electrón y hueco, respectivamente. Aunque esta ecuación hace varias suposiciones que no son verdad para las condiciones en la mayoría de las células solares, la ecuación anterior, sin embargo, indica que la corriente de cortocircuito depende fuertemente de la tasa de generación y la longitud de difusión.

Células solares de silicio bajo un espectro  AM1.5 stienen una corriente máxima posible de 46 mA/cm2. Aparatos de laboratorio han medido corrientes de cortocircuito de más de 42 mA/cm2, y la célula solar comercial tienen corrientes de cortocircuito entre aproximadamente 28 mA/cm2 y 35 mA/cm2.

Solar cell short circuit current as a function of bandgap

En un dispositivo ideal cada fotón por encima de la banda prohibida proporciona un portador de carga al circuito externo de modo que la corriente más alta es para el intervalo de banda más bajo.

Corriente Iluminada y Corriente de cortocircuito (IL or Isc ?)

IL es la corriente generada por luz dentro de la célula solar y es el término correcto para utilizar en la ecuación de la célula solar. En condiciones de cortocircuito la corriente medida externamente es el Isc. Ya que Isc es generalmente igual a IL, los dos se utilizan indistintamente y por simplicidad y la ecuación de la célula solar está escrita con Isc en lugar de IL. En el caso de resistencia en series muy alta (> 10 Ωcm2) Isc es inferior a IL y escribir la ecuación de células solares con Isc es incorrecto.

Otra hipótesis es que IL corriente de la iluminación depende únicamente de la luz entrante y es independiente del voltaje a través de la célula. Sin embargo, IL varía con la tensión en el caso de las células solares de campo de arrastre y donde la vida media de los portadores es una función del nivel de inyección como en materiales policristalinos defectuosos.