Explorando las tecnologías e innovaciones de las células solares fotovoltaicas

El principio de las células solares fotovoltaicas

1. **Absorción y transmisión de fotones**: cuando se exponen a la luz, los fotones con energía menor que el ancho de banda no se absorben y pasan a través de la célula solar.
2. **Pérdida de energía en fotones de alta energía:** Los fotones con energía mayor que la banda prohibida crean pares electrón-hueco, lo que causa cierta pérdida de energía.
3. **Separación y transporte de carga:** Hay pérdidas dentro de la unión pn debido a la separación y el transporte de los portadores de carga fotogenerados.
4. **Pérdidas por recombinación:** Durante el transporte de portadores fotogenerados, se producen pérdidas por recombinación.
5. **Caída de voltaje:** El voltaje de salida experimenta una caída, lo que genera pérdidas de voltaje de contacto.

Reducción de pérdidas eléctricas

1. Utilice obleas de silicio de alta calidad con buena estructura cristalina.
2. Desarrollar técnicas ideales de formación de uniones pn.
3. Implementar técnicas óptimas de pasivación.
4. Emplear tecnologías de contacto metálico eficientes.
5. Utilizar tecnologías avanzadas en el campo frontal y en el campo trasero.

Reducción de pérdidas ópticas

Para mejorar la eficiencia celular minimizando las pérdidas ópticas, se han desarrollado varias teorías y tecnologías de captura de luz, incluida la texturización de la superficie para reducir el reflejo, recubrimientos antirreflejos en la superficie frontal, recubrimientos reflectantes en la superficie trasera y áreas de sombreado de líneas de cuadrícula más pequeñas.

TOPCon (Contacto pasivado por óxido de túnel)

Las células solares TOPCon se consideran la siguiente generación tras la tecnología PERC. En comparación con otras tecnologías emergentes como HJT e IBC, TOPCon puede actualizarse a partir de líneas PERC o PERT existentes con una menor inversión de capital y puede alcanzar una ganancia de eficiencia de aproximadamente el 1 %.

Estructura de las células solares TOPCon

La cara frontal de las células solares TOPCon es similar a la de las células solares convencionales de tipo N o N-PERT, y consta de un emisor de boro (p+), una capa de pasivación y un revestimiento antirreflectante. La tecnología principal reside en el contacto pasivo posterior, compuesto por una capa ultrafina de óxido de silicio (1-2 nm) y una película delgada de silicio mixto microcristalino dopado con fósforo. Para aplicaciones bifaciales, la metalización se logra mediante la serigrafía de rejillas de Ag o Ag-Al en la cara frontal y rejillas de Ag en la cara posterior.

Contacto pasivado con óxido de túnel

La estructura de TOPCon, que alcanza una alta eficiencia de conversión del 25,7 %, está compuesta por una fina capa de óxido túnel y una capa de polisilicio dopado con fósforo. Esta capa puede producirse mediante la cristalización de a-Si:H o la deposición de polisilicio mediante LPCVD. Esto convierte a TOPCon en un candidato prometedor para la tecnología de células solares de alta eficiencia.

Tecnología de heterojunción (HJT)

La tecnología de heterounión (HJT) combina silicio cristalino y silicio amorfo en película delgada, logrando eficiencias del 25 % o superiores. Las celdas HJT superan a la tecnología PERC actual en eficiencia y potencia.

Estructura de las células solares HJT

Las celdas HJT utilizan una oblea de silicio monocristalino como sustrato. La cara frontal de la oblea se deposita secuencialmente con una película de a-Si:H intrínseca y una película de a-Si:H de tipo p para formar una heterojunción pn. La cara posterior se deposita con películas de a-Si:H intrínseca y de tipo n para formar un campo superficial posterior. A continuación, se depositan películas de óxido conductor transparente, seguidas de electrodos metálicos mediante serigrafía, lo que da como resultado una estructura simétrica.

Ventajas de las células solares HJT

- **Flexibilidad y adaptabilidad:** La tecnología HJT garantiza una excelente capacidad de producción incluso en condiciones climáticas extremas, con un coeficiente de temperatura más bajo que las células solares tradicionales.
- **Longevidad:** Las células solares HJT pueden funcionar de manera eficiente durante más de 30 años.
- **Mayor eficiencia:** Los paneles HJT actuales alcanzan eficiencias entre el 19,9% y el 21,7%.
- **Ahorro de costos:** El silicio amorfo utilizado en los paneles HJT es rentable y el proceso de fabricación simplificado hace que el HJT sea más asequible.

Células solares de perovskita

Tras alcanzar una eficiencia del 4 % en 2009, las células solares de perovskita (PSC) alcanzaron una eficiencia del 25,5 % en 2021, lo que generó un gran interés académico. Su rápida mejora las posiciona como una estrella emergente en la energía fotovoltaica.

Estructura de las células solares de perovskita

Las celdas de perovskita avanzadas suelen constar de cinco componentes: óxido conductor transparente, capa de transporte de electrones (ETL), perovskita, capa de transporte de huecos (HTL) y electrodo metálico. Optimizar los niveles de energía y las interacciones de estos materiales en sus interfaces sigue siendo un área de investigación apasionante.

El futuro de las células solares de perovskita

La investigación sobre perovskitas probablemente se centrará en la reducción de la recombinación mediante la pasivación y la reducción de defectos, la incorporación de perovskitas 2D y la optimización de los materiales de interfaz. La mejora de la estabilidad y la reducción del impacto ambiental son áreas clave de estudio futuro.

Control de calidad en la producción de células solares fotovoltaicas

Las células fotovoltaicas de silicio cristalino dominan el mercado comercial de células solares, representando más del 90 % de las ventas globales. Las eficiencias de laboratorio superan el 25 % para las células monocristalinas y el 20 % para las policristalinas, pero los módulos industriales alcanzan entre el 18 % y el 22 % en condiciones de prueba estándar.

Grabado y texturizado

El daño superficial se elimina mediante grabado, y la texturización crea una superficie que atrapa la luz, lo que reduce las pérdidas por reflexión. La medición de reflectancia monitoriza este proceso.

Difusión y aislamiento de bordes

Se forman capas de difusión sobre obleas de silicio para crear uniones pn. Se deposita una capa de pasivación para mejorar la eficiencia de las células solares de película delgada, la cual se controla mediante la vida útil de los portadores minoritarios, el espesor de la oblea y el índice de refracción.

Recubrimiento antirreflectante

Se aplica un recubrimiento antirreflectante a la superficie de la oblea de silicio para mejorar la absorción de la luz. La PECVD se utiliza para depositar una película delgada que también actúa como capa de pasivación. La transmitancia y la uniformidad de la resistencia laminar son parámetros de medición clave.

Fabricación de electrodos

Los electrodos de la cuadrícula están serigrafiados en la parte frontal, y los electrodos de campo y de respaldo están impresos en la parte posterior. El control de temperatura, la precisión de la punta y la relación de aspecto de la cuadrícula son indicadores cruciales durante el secado y la sinterización.

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