Un equipo de investigación dirigido por Armin Richter del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha establecido un nuevo récord mundial de eficiencia del 26 por ciento para las células solares de silicio contactadas en ambos lados, según se recoge en un artículo publicado en Nature Energy "Reglas de diseño para células solares de silicio de alta eficiencia con contacto en ambos lados con transporte de portador de carga equilibrado y pérdidas por recombinación", en el que se explica la estructura de la célula de registro y el camino hacia niveles de eficiencia aún más altos. La clave del éxito fue el diseño de la parte trasera como un contacto de pasivación recolector de portador de carga de área completa.
Las células solares hechas de silicio cristalino dominan el mercado fotovoltaico mundial con una participación de más del 90 por ciento. Gracias a los avances tecnológicos de los últimos años, sus eficiencias se han acercado mucho al límite físico teórico del material semiconductor silicio (29,4 por ciento). La eficiencia récord anterior del 26 por ciento se limita a las células solares en diseño IBC (contacto posterior interdigitado), es decir, células solares con ambos contactos metálicos en la parte posterior. Sin embargo, las células solares de doble cara con contacto se han convertido en el estándar de la industria, que son la opción preferida en la producción industrial debido a su menor complejidad.
Los investigadores de células solares de Fraunhofer ISE muestran con un nuevo enfoque para el contacto bilateral que también es posible lograr los niveles más altos de eficiencia para este tipo de célula.
La base para la celda de registro fue la tecnología TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact) desarrollada en Fraunhofer ISE, que combina pérdidas de recombinación de superficie muy bajas con un transporte de carga eficiente. Mientras que las celdas industriales estándar tienen una unión pn en la parte delantera, la unión pn de la celda de registro se diseñó en la parte posterior en forma de un contacto TOPCon de área completa. Ya no se requería el dopaje con boro de área completa en el lado frontal, sino que solo se llevó a cabo una difusión local de boro directamente debajo de los contactos del lado frontal.
Esta celda TOPCoRE (celda solar de emisor trasero TOPCon) permite voltajes más altos y factores de llenado más altos que las celdas con un emisor colector en la parte frontal.
Con este diseño de celda, la oblea se puede utilizar mejor para el transporte de portadores de carga y la parte frontal se pasiva de manera más eficaz, para lo cual se utiliza óxido de aluminio.
Un análisis detallado de la pérdida de potencia muestra que esta celda compensa y minimiza las pérdidas por transporte de electrones y huecos, así como las pérdidas por transporte y recombinación en general.
“A partir de un estudio de simulación sistemático, pudimos derivar algunas reglas básicas de diseño para futuras células solares de silicio con una eficiencia de más del 26 por ciento. Las células solares contactadas en ambos lados tienen un potencial de eficiencia de hasta un 27 por ciento y, por lo tanto, también son adecuadas para superar el récord mundial anterior de células solares de silicio”, explica el profesor Stefan Glunz, director de investigación fotovoltaica de Fraunhofer ISE.
Una gran ventaja de esta estructura de celda desarrollada en Fraunhofer ISE es que el siguiente paso de producción, la interconexión de las celdas solares para formar módulos, puede basarse en tecnologías existentes y, por lo tanto, se pueden utilizar muchas tecnologías estándar.
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