La célula fotovoltaica estándar está formada básicamente por tres capas de distintas propiedades eléctricas:
– Capa Emisora: se trata de la capa de silicio situada en la superficie superior de la célula, es decir, la zona más expuesta a la radiación.
– Capa Base: capa intermedia de silicio que se encuentra en contacto con la capa emisora y la capa de aluminio.
– Back Surface Field: superficie inferior de aluminio. Es la zona más profunda de la célula.
Ahora bien, la luz es una onda electromagnética que puede tener distintas longitudes de onda. Teniendo en cuenta el espectro de luz visible, nos fijaremos en los dos extremos. Una gran parte de la luz azul o longitud de onda “corta” es absorbida por la atmósfera. Sin embargo, la cantidad restante llega a la célula con energía baja, con lo cual únicamente podrá penetrar en la capa superior de la célula (emisora) generando electrones en ella y, por tanto, corriente eléctrica.
Figura 1: Representación de la distintas longitudes de onda que componen la luz.
La luz roja que presenta una longitud de onda mayor, no es absorbida por la atmósfera y llega con un mayor nivel de energía a la célula; de este modo puede penetrar en ella llegando a la capa base donde también generará corriente. Pero no son estas las únicas longitudes de onda que llegan a nuestra célula. La luz infrarroja, con una mayor energía que la luz roja, llega a penetrar incluso por debajo de la capa base, llegando a la capa inferior (BSF), con lo que se pierde esta energía.
¿Cómo es una célula fotovoltaica PERC?
Si colocamos un material dieléctrico pasivo entre la capa de aluminio y la capa base de silicio, podemos conseguir que estos electrones de la luz infrarroja no penetren hasta la capa de aluminio, sino que sean reflectados y permitan generar corriente entre la capa base y la emisora. Este aprovechamiento de la luz infrarroja le proporciona a la célula PERC una mayor “sensibilidad” ante longitudes de onda larga.
Figura 2: Representación de las distintas capas de una célula convencional y PERC (Fuente: REC)
Normalmente estas longitudes de onda están más presentes cuando el sol incide con cierta inclinación, es decir, durante las primeras y últimas horas del día o durante los días nublados con radiación baja. Esto permite que los módulos con tecnología PERC presenten una eficiencia superior al resto de módulos convencionales (tanto monocristalinos como policristalinos).
Figura 3: Funcionamiento de una célula convencional y PERC (Fuente: REC)
No queda aquí la cosa. Longitudes de onda superiores a la infrarroja no pueden penetrar en las células fotovoltaicas, bueno, más bien no pueden generar energía, pero estas ondas llegan directamente a la capa de aluminio inferior en las células convencionales, siendo absorbidas por ésta y aumentando la temperatura del módulo. Y ese aumento de temperatura genera un efecto negativo sobre la producción. Sin embargo, en las células PERC, estas ondas son reflectadas enviándolas fuera del panel y consiguiendo, por tanto, una temperatura menor.
Figura 4: Comparación de eficiencia con distintos valores de irradiancia (Fuente: JA Solar)
Por último, la pasivación del material dieléctrico evita que los electrones puedan “escaparse” hacia la capa de aluminio, permitiendo de este modo una mejor circulación entre las capas base y emisora de silicio. En resumen, la tecnología PERC ofrece dos ventajas significativas:
– Mayor producción con irradiancia baja.
– Menor coeficiente de temperatura.
Actualmente, el fabricante Longi posee el récord de eficiencia en células monocristalinas PERC situándolo en un 23,6%.
*Fernando Nevado es responsable del Departamento de Comunicación & Conocimiento de AS Solar Ibérica. Es graduado en ingeniería mecánica por la Universidad de Extremadura.
