El Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) dio a conocer la semana pasada un nuevo récord mundial para células fotovoltaicas de silicio con contactos en ambas caras, al alcanzar un 25,1% de eficiencia con tecnología TOPCon.
Los investigadores del Fraunhofer ISE explican que con un simple contacto lateral en la parte de atrás, este tipo de células de silicio son capaces de convertir en electricidad una cuarta parte de la radiación solar que reciben. Y lo que es más importante: el nuevo concepto de célula con contactos metálicos en ambas caras de la célula tiene un gran potencial para lograr nuevos incrementos de eficiencia.
Esta célula con una eficiencia del 25,1% presenta un concepto novedoso, a saber, un contacto trasero desactivado en un área completa. Para mejorar la eficiencia de una célula solar, el foco se ha puesto hasta ahora en incrementar la complejidad de las estructuras de la célula, explica Martin Hermle, jefe del departamento de Células Solares de Alta Eficiencia del Fraunhofer ISE. La mayor ventaja de su nuevo concepto es que ahora pueden contactar toda la superficie trasera de la célula sin patrón. En comparación con la estructura de las células de alta eficiencia actualmente en uso, su célula ofrece un proceso de fabricación simplificado y mayores eficiencias al mismo tiempo.
Con la llamada tecnología TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), desarrollada por Fraunhofer ISE, los contactos metálicos son aplicados sin patrón en la cara trasera de la célula. Para lograrlo, los investigadores desarrollaron un contacto desactivado selectivo hecho con una técnica que deja pasar solo algunas cargas.
El espesor de la capa intermedia de desactivación se reduce a uno o dos nanómetros, lo que permite que los portadores de carga lo atraviesen. Posteriormente, una capa fina de silicio altamente dopado se deposita sobre toda la capa ultrafina de tunnel oxide. Esta novedosa combinación de capas permite que la corriente eléctrica fluya fuera de la célula con pérdidas cercanas a cero.
En la industria fotovoltaica, la mayoría de las células solares tienen un contacto de aluminio que cubre toda la cara posterior. Este tipo de contacto, sin embargo, limita la eficiencia. Por tanto, las empresas se han puesto al día para incorporar la tecnología PERC (Passivated Emitter Rear Cell), con el fin de aumentar la eficiencia.
Con la tecnología PERC, sólo una pequeña área de la parte trasera está conectada para reducir la recombinación. PERC, sin embargo, requiere pasos adicionales de modelado y alarga los caminos que recorre la electricidad en la oblea de silicio. Por otro lado, TOPCon ofrece la posibilidad de reducir estas pérdidas e incrementar la eficiencia.
Con TOPCon, han desarrollado una tecnología pionera para aumentar la eficiencia de las células de silicio (explica Stefan Glunz, director de la División de Desarrollo y Caracterización de Células Solares). Son el primer instituto de investigación capaz de superar la marca de 25% de eficiencia con células conectadas por ambos lados.
El equipo de Martin Hermle ha estado trabajando en el concepto de TOPCon durante tres años, en los que han logrado incrementar continuamente la eficiencia de células, hasta llegar a ese 25,1%. La investigación fue financiada dentro del Fortes, un proyecto del Ministerio Alemán de Asuntos Económicos y de Energía, y el Departamento de Energía, Eficiencia Energética y Renovables de Estados Unidos.