Fraunhofer ISE desarrolla un método sin contacto para medir el rendimiento de las células solares de contacto posterior

Científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) han desarrollado un método de medición que permite determinar el rendimiento de las células solares con contacto posterior sin contacto en la línea de producción. La medición de la curva característica corriente-tensión es la prueba más importante en el control de calidad de las células solares. Eliminar el contacto físico con la célula solar ahorra tiempo y, por lo tanto, permite un rendimiento de producción significativamente mayor.

Además, elimina la tensión mecánica en las células solares durante la medición y reduce los costes de mantenimiento del sistema de medición. Los investigadores probaron el método por primera vez en 2022 y ahora lo han aplicado con éxito a arquitecturas de células IBC (contacto posterior interdigitado) en un entorno de producción.

El nuevo método de medición se basa en imágenes de fotoluminiscencia y electroluminiscencia sin contacto en diferentes condiciones de excitación, así como en mediciones de reflexión espectral. En combinación con un modelo, se puede derivar la curva característica completa de corriente-voltaje ( IV ) y, por lo tanto, los parámetros de rendimiento de la célula solar, como el voltaje de circuito abierto, la densidad de corriente de cortocircuito, el factor de llenado y la eficiencia.

Una medición de potencia sin contacto es particularmente ventajosa para células solares que son difíciles de contactar, como las células solares de contacto posterior. También reduce el riesgo de daños a las células cada vez más delgadas y puede acortar el tiempo de medición dentro del proceso de fabricación. Además, la medición sin contacto permite mayores tasas de producción, lo que reduce los costos de inversión al establecer nuevas líneas de producción.

Concordancia en las pruebas

“Los resultados de la medición convencional con contacto y el nuevo método de medición sin contacto muestran una excelente concordancia en nuestras pruebas”, afirma Johannes Greulich, director del grupo de análisis y simulación de células solares en línea en Fraunhofer ISE. “Pretendemos desarrollar los ajustes necesarios para su uso en la producción industrial en masa y acelerar la medición del comportamiento inverso en un futuro proyecto de investigación con nuestros socios”.

En los últimos años se han alcanzado nuevos récords de eficiencia para células solares de silicio con arquitecturas de celdas IBC, y el récord actual de eficiencia del 27,8 % también lo ostenta una celda solar de contacto posterior. Dado que ambos contactos metálicos se encuentran en la parte posterior de esta arquitectura de celda, es necesario contactar las celdas desde un lado para el control de calidad, lo que requiere dispositivos de contacto especiales y limita considerablemente el rendimiento debido a la complejidad del proceso. “Por lo tanto, nuestro método sin contacto es especialmente adecuado para medir estas celdas solares metalizadas de una sola cara, así como las celdas inferiores de las celdas solares en tándem de perovskita-silicio, que no tienen ningún contacto”, añade Johannes Greulich.

Aumento de la productividad

“La metodología de medición de potencia de células solares sin contacto y con capacidad de producción en línea permite aumentar la productividad en más de 10.000 obleas por hora y producir células solares aún más delgadas. Con esta innovación, facilitamos una producción a gran escala y más rentable de células solares de nueva generación», añade el director, Dr. Ralf Preu.

Como parte de su línea de investigación PV-TEC, Fraunhofer ISE opera un comprobador automatizado de células solares que permite, entre otras cosas, mediciones de IV con contacto y mediciones sin contacto en células solares hasta el formato G12 (210 mm x 210 mm), así como en células solares de tejas en grandes cantidades. En su último estudio, el equipo de investigación midió 150 células solares IBC con diferentes eficiencias utilizando tanto el enfoque sin contacto como el método de contacto clásico con un flasher de halm elektronik GmbH y comparó los resultados.

El desarrollo del método de medición fue financiado por el Ministerio Federal Alemán de Asuntos Económicos y Acción Climática (BMWK) como parte del proyecto de investigación " NextTec " y por la Fundación Académica Nacional Alemana (Studienstiftung des deutschen Volkes eV) como parte de un programa de estudios de doctorado.