Recientemente, han aparecido en el mercado algunos nuevos tipos de células fotovoltaicas. Quizás ya hayas oído hablar de los nuevos módulos solares basados en células. PERC, HJT o HIT que los principales fabricantes anuncian con orgullo como sus últimos lanzamientos.
Tecnologías HIT y HJT
HJT y HIT son nombres diferentes para lo mismo. La técnica HIT fue desarrollada hace unos 20 años por la empresa japonesa Sanyo. La expiración de la patente en 2010 abrió una ventana de oportunidad para que otros fabricantes centraran su atención en la técnica.
HIT significa Tecnología de capa intrínseca de heterounión y sigue siendo una marca registrada de Panasonic (que adquirió Sanyo), aunque la patente ya ha caído.
En términos generales, la industria se refiere a la técnica como HJT (Tecnología HeteroJunction). Ya se ha demostrado que es posible obtener células fotovoltaicas HIT con eficiencias superiores al 25% a escala de laboratorio. A escala comercial, con HIT es posible fabricar módulos de 60 celdas con potencias de casi 310 W.
En comparación, con la tecnología convencional (silicio no pasivado que mide entre 300 y 400 micrómetros), los módulos de 60 celdas no superan la barrera de los 270 W. Incluso con la reducción del espesor de las celdas, la técnica HIT aumenta la eficiencia de los módulos hasta. 15 %.
La técnica HIT consiste en añadir capas de silicio amorfo intrínseco (silicio puro, sin impurezas ni dopantes) y capas de silicio amorfo dopado en ambas superficies de la célula.
El silicio amorfo es un tipo de silicio no cristalino. Se utiliza originalmente en la fabricación de células solares de película delgada, una tecnología que compite (pero va muy por detrás) con las células monocristalinas y policristalinas.
En este caso, la deposición de silicio amorfo, que se produce mediante un proceso llamado PECVD (Deposición química de vapor mejorada con plasma), sólo se utiliza para la pasivación de silicio cristalino.
La siguiente figura ilustra la estructura típica de una célula HIT. En el fondo de la celda hay una capa de metalización de plata (Ag), fabricada mediante el proceso de deposición de PVD (Deposición fisica de vapor).
Siguiendo de abajo hacia arriba, vemos que encima de la capa metálica hay una capa de ITO (óxido de indio y estaño), un material transparente y buen conductor eléctrico. A continuación, vemos una fina capa de silicio amorfo (a-Si) de tipo (n) superpuesta por una fina capa de silicio amorfo (a-Si) intrínseca (i).
A continuación, nos encontramos con una gruesa capa de silicio cristalino (c-Si) de tipo (n), superpuesta por otras dos capas de silicio amorfo (a-Si) intrínseco (i) y silicio amorfo (a-Si) de tipo (p ). Finalmente, en la superficie de la celda, existe una nueva capa conductora de ITO asociada a pistas metálicas (barras de autobús) plata (Ag).
Esta estructura corresponde a la tecnología de punta proporcionada por Meyer Burguer, importante empresa en el segmento de tecnología y equipamientos para la fabricación de células y módulos fotovoltaicos.
No necesariamente todas las células HIT tienen la misma estructura, pero todas tienen un principio común. El principio de la tecnología HIT reside en la existencia de al menos una capa de silicio cristalino (p) recubierta a cada lado por dos finas capas de silicio amorfo intrínseco (i), además de capas de silicio (p) y (n).
Las capas de silicio intrínseco (i) son responsables de la pasivación del silicio cristalino de tipo (n), mientras que las capas de silicio (p) y (n) añaden funcionalidad a la celda.
La capa (p) crea un emisor en la superficie superior (equivalente a la unión pn, necesaria para crear el efecto fotovoltaico) y la capa (n) crea una superficie de pasivación adicional, que da lugar a un campo eléctrico trasero conocido como BSF (Campo de superficie posterior), que también ayuda a reducir la recombinación de electrones, aumentando la eficiencia celular.
Además de las ventajas ya mencionadas de la estructura HIT, también podemos mencionar la reducción del coeficiente de temperatura de la celda, como se ilustra en la siguiente figura. Un coeficiente térmico más bajo (del orden de -0,26%/oC) significa que la eficiencia del módulo fotovoltaico se ve menos influenciada por el aumento de temperatura.
En otras palabras, los módulos HIT producen más energía en lugares calientes que los módulos que emplean células cristalinas convencionales.
Módulos HIT comerciales
Fabricantes como Seraphim y Panasonic ofrecen módulos HIT en el mercado internacional con eficiencias superiores al 19%. A continuación se detallan las características técnicas de los módulos de la familia Panasonic HIT.
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Referencias
- Módulo Fotovoltaico HIT®: Convirtiendo la luz solar en electricidad con la mayor eficiencia de conversión del mundo
- Velocidad de recombinación superficial de contactos locales de Al de células solares PERC determinada a partir de mediciones LBIC y simulación 2D, Energy Procedia, Volumen 92, 2016, pág. 82-87
- Pasivación de superficies de células solares de silicio cristalino: una revisión, PROGRESO EN LA FOTOVOLTAICA] INVESTIGACIÓN Y APLICACIONES, Volumen 8, 2000, p. 473-487
- Avances en pasivación superficial de células solares de c-Si, Materiales para Energías Renovables y Sostenibles, 12/2012
- Pasivación de superficies por efecto de campo eléctrico para células solares de silicio, Fenómenos del Estado Sólido, 205-206, 346, Actas del XV GADEST
- Pasivación superficial de efecto de campo estable de silicio Cz tipo n, Energy Procedia, Volumen 38, 2013, p. 816–822
- El impulso aumenta para HJT, PV Magazine, 09/2017
- Predicciones del panel 2018, PV Magazine, 11/2017
- Estudio sobre la resistencia PID de los módulos fotovoltaicos HIT, Taller de confiabilidad de módulos fotovoltaicos NREL, 2013
- Tecnología de células de heterounión de Meyer Burger: procesos de producción y métodos de medición, Matthias Seidel, Roth & Rau AG, Hohenstein-Ernstthal, Alemania, & Rajesh Ambigapathy, Pasan SA, Neuchâtel, Suiza
- TECNOLOGÍA DE HETEROUNICIÓN LA CÉLULA SOLAR DEL FUTURO, G. Roters, J. Krause, S. Leu, A. Richter, B. Strahm, Meyer Burger
- Células y conjuntos solares: principios, análisis y diseño, Abdelhalim Zekry, Ahmed Shaker, Marwa Salem
- Tecnología de heterounión HIT de Panasonic
- Tecnología de células PERC
- El emisor pasivado y la celda trasera (PERC): desde la concepción hasta la producción en masa, Materiales de energía solar y células solares, 143 volumen, 2015, pág. 190-197
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