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Nuevo récord de conversión para células solares

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Un equipo de investigadores dirigido por Armin Richter, del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE), ha logrado un récord de eficiencia de conversión del 26% para células solares de silicio en contacto con ambas caras. El diseño de la célula está en la clave del éxito.

Nuevo récord de conversión para células solares

En el artículo recientemente publicado en Nature Energy "Design Rules for High-Efficiency Both-Sides-Contacted Silicon Solar Cell with Balanced Charge Carrier Transport and Recombination Losses", Richter explica la estructura de la célula que ha batido el récord y presenta aspectos fundamentales relacionados con el diseño que permiten alcanzar eficiencias aún mayores. El diseño de la superficie de la célula en su parte posterior como contacto pasivador de recogida de portadores de carga de área completa fue la clave del éxito.

Con una cuota superior al 90%, las células solares de silicio cristalino dominan el mercado fotovoltaico mundial. Gracias a los avances tecnológicos de los últimos años, su eficiencia ya se ha acercado mucho al límite de eficiencia teórica del silicio cristalino (29,4%). Anteriormente, las eficiencias récord de alrededor del 26% se limitaban a las células solares con ambos contactos metálicos en la parte trasera, las llamadas células solares de contacto trasero interdigitado, o IBC. 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 en la producción industrial debido a su menor complejidad. 


Con un nuevo enfoque para las células con contacto por ambos lados, los investigadores de células solares del Fraunhofer ISE demuestran que también es posible alcanzar las mayores eficiencias para este tipo de células solares.

La base de la célula récord es la tecnología TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact). Desarrollada en el Fraunhofer ISE, esta tecnología combina las ventajas de unas pérdidas de recombinación superficiales muy bajas con un transporte eficiente de portadores de carga. Mientras que las células industriales estándar tienen una unión pn en la parte delantera, la unión pn de la célula de registro se formó en la parte trasera como un contacto TOPCon de superficie completa. Por lo tanto, el dopaje de boro en toda la superficie de la cara frontal ya no era necesario, por lo que sólo se implementó una difusión local de boro directamente bajo los contactos de la cara frontal. 


Esta célula TOPCoRE (TOPCon Rear Emitter Solar Cell) permite voltajes más altos y factores de llenado más elevados que las células con un emisor colector en la cara frontal. Con este diseño de célula, la oblea puede aprovecharse mejor para el transporte de portadores de carga y la cara frontal está pasivada de forma más eficaz, para lo cual se utiliza óxido de aluminio. 

El análisis detallado de las pérdidas de potencia muestra que esta célula compensa y minimiza en general las pérdidas de transporte de electrones y agujeros, así como las de transporte y recombinación. 


"A partir de un análisis sistemático basado en la simulación, hemos podido deducir algunas reglas de diseño fundamentales para las futuras células solares de silicio de alta eficiencia por encima del 26%. Las células solares con contacto en ambas caras tienen el potencial de alcanzar eficiencias de hasta el 27 por ciento y superar así el anterior récord mundial de células solares de silicio", explica el profesor Stefan Glunz, director de la División de Investigación Fotovoltaica del Fraunhofer ISE.

Esta estructura de célula tiene además la gran ventaja de que el paso de producción posterior -la conexión de las células solares para formar un módulo- puede basarse en tecnologías ya existentes, permitiendo así el uso de muchas técnicas estándar.

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