Obtienen células solares de heterounión de silicio con un ahorro récord en plata del 90%

Científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) han producido células solares de heterounión de silicio (SHJ) con un consumo total de plata de tan solo 1,4 miligramos por vatio pico. Esto representa aproximadamente una décima parte del estándar actual en la producción industrial.

Para lograrlo, redujeron drásticamente el contenido de plata en la pasta de metalización de la cara frontal y la sustituyeron por completo por pasta de cobre en la cara posterior. Un proceso de impresión optimizado también garantizó contactos eléctricos de alta precisión. Las células solares SHJ metalizadas con cobre incluso alcanzaron una mayor eficiencia que sus células de referencia con contactos de plata tradicionales.

Serigrafía para la metalización de células solares

Para permitir la producción fotovoltaica a escala de varios teravatios, los fabricantes de células y módulos solares deben reducir significativamente su consumo de plata. En 2024, la industria fotovoltaica, en constante crecimiento, ya representaba el 32% de la plata utilizada industrialmente a nivel mundial. Para lograr una producción sostenible a largo plazo, se calculó que el objetivo para una producción fotovoltaica global sostenible a largo plazo era de 2 miligramos de plata por vatio de potencia pico. Científicos del Fraunhofer ISE han logrado superar este límite por primera vez mediante serigrafía para la metalización de células solares.

“Gracias a la combinación equilibrada de pasta de plata y cobre en la cara frontal y pasta de cobre puro en la cara posterior, junto con un proceso optimizado de impresión de línea fina, pudimos producir células solares de heterounión de silicio altamente eficientes con un consumo mínimo de plata de tan solo 1,4 miligramos por vatio pico”, explica Sebastian Pingel, investigador asociado de Fraunhofer ISE. “En nuestro experimento, las células solares alcanzaron incluso una mayor eficiencia que las células de referencia metalizadas con plata pura”.

El resultado de la investigación forma parte del proyecto conjunto "HIT - Formas de impresión innovadoras de alta calidad para la metalización de células solares de heterounión de silicio", financiado por el Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima BMWK. El fabricante de células y módulos solares Meyer Burger Germany GmbH participa en el proyecto como socio industrial.

Para optimizar la composición de las pastas de metalización y las configuraciones de pantalla para la impresión de los contactos, el equipo de investigación realizó inicialmente simulaciones exhaustivas utilizando la herramienta de simulación especialmente desarrollada, "GridMaster".

"Resultó que la selección de una configuración de pantalla óptima es tan importante como la elección de la pasta de metalización para reducir el consumo de plata", afirma Andreas Lorenz, director de proyecto en Fraunhofer ISE. "Utilizando novedosas mallas ultrafinas, pudimos imprimir una metalización frontal de líneas finas con aberturas de hasta 17 micrómetros, considerablemente más delgadas que un cabello humano".