Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE), ubicado en Alemania, ha obtenido una eficiencia de conversión del 26% para las células solares de silicio con contacto en ambos lados (TOPCoRE).
En el artículo ‘Reglas de diseño para células solares de silicio de alta eficiencia con contacto en ambos lados con transporte de carga equilibrada y pérdidas por recombinación’, publicado en Nature Energy, Armin Richter, coordinador de la investigación, explica la estructura de la célula y presenta los aspectos fundamentales del diseño, que conducen a eficiencias aún mayores.
El diseño de la superficie de la celda del lado posterior como un contacto pasivador recolector de portador de carga de área completa ha sido la clave para obtener estos resultados. Actualmente, las células solares hechas de silicio cristalino dominan el mercado fotovoltaico mundial, en un 90%. Los últimos avances tecnológicos han conseguido que su eficiencia se acerque al límite de eficiencia teórico del silicio cristalino (29,4%).
Anteriormente, las eficiencias de alrededor del 26% se limitaban a las células solares con ambos contactos metálicos en la parte posterior, el llamado contacto posterior interdigitado, o IBC, células solares. Sin embargo, las células solares con contacto en ambos lados se han establecido como el estándar de la industria y se han convertido en la opción preferida por su menor complejidad.
Estructura de la celda
La base de la celda de registro es la tecnología TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact). Desarrollada en Fraunhofer ISE, esta tecnología combina las ventajas de unas pérdidas de recombinación de superficie muy bajas con un transporte de carga eficiente. Mientras que las celdas estándar industriales tienen una unión pn en la parte frontal, la unión pn en la celda de registro se formó en la parte posterior como un contacto TOPCon de superficie completa. Por tanto, el dopaje con boro de toda la superficie en el lado frontal ya no era necesario, de modo que solo se implementó una difusión local de boro directamente debajo de los contactos del lado frontal.
Esta celda TOPCoRE (celda solar con 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 efectiva, para lo cual se usa óxido de aluminio.
«Basándonos en un análisis sistemático basado en simulación, pudimos derivar algunas reglas de diseño fundamentales para futuras células solares de silicio de alta eficiencia con una eficiencia superior al 26%”, explica el profesor Stefan Glunz, director de división de investigación fotovoltaica de Fraunhofer ISE.
El análisis detallado de la pérdida de potencia muestra que esta celda generalmente compensa y minimiza las pérdidas por transporte de electrones y huecos, así como las pérdidas por transporte y recombinación.