Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) de Alemania han esbozado una serie de estrategias basadas en los costes para acelerar la escala industrial de los productos solares con contactos pasivados de óxido de túnel (TopCon).
“Mantener una alta eficiencia de conversión en la producción industrial es un aspecto clave para competir con las células PERC de última generación en términos de coste del sistema y coste nivelado de la electricidad”, dijo el autor correspondiente de la investigación, Bishal Kafle, a pv magazine. “Los recientes avances en la investigación de dispositivos han hecho que aumente la diferencia entre las eficiencias de conversión de las células TopCon y PERC. Sin embargo, aún no se ha establecido un flujo de proceso estándar para las células TopCon industriales”.
Según él, aunque la reducción de los costes de producción es importante, la viabilidad económica de TopCon requiere una producción estable 24 horas al día, 7 días a la semana, con un tiempo de actividad y unos índices de utilización equivalentes a los de las actuales instalaciones de fabricación de células de contacto posterior de emisor pasivo (PERC). “Además, una célula TopCon sobre un sustrato de tipo n requiere contactos de plata (Ag) en ambos lados, la reducción del uso de Ag sigue siendo un aspecto importante también para este concepto, al menos a medio y largo plazo”, explicó.
Fácilmente adaptable
En el artículo “TopCon – Technology options for cost efficient industrial manufacturing”, publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells, el equipo de investigación alemán explicó que los procesos y equipos existentes que se utilizan habitualmente en la fabricación de células PERC pueden adaptarse fácilmente a la producción de células TopCon añadiendo dos pasos del proceso: la formación de óxido de túnel y la deposición de polisilicio intrínseco/dopado.
“Las propiedades de estas capas son vitales para el diseño de los siguientes pasos de procesamiento de la célula, con el objetivo de conseguir un alto voltaje de circuito abierto (VOC) y una baja resistencia en serie, tal y como promete el concepto TopCon”, explican los investigadores, que señalan que los sustratos de tipo n son más caros de integrar que sus homólogos de tipo p, debido a los mayores costes del proceso de difusión del emisor de boro en comparación con el proceso de difusión de fósforo que se suele utilizar en la fabricación de células PERC.
El estudio proporciona una ruta técnica para mejorar el proceso de deposición química de vapor a baja presión (LPCVD), que es actualmente el estándar en la industria para los productos TopCon, y evalúa posibles alternativas a esta técnica, basándose en la disponibilidad de herramientas industriales, la compatibilidad del proceso, la disponibilidad de todos los parámetros del proceso necesarios para un modelado del coste de propiedad (COO), el flujo del proceso magro y la demostración satisfactoria de la funcionalidad del proceso.
El equipo de investigación sigue considerando que la técnica LPCVD es un enfoque válido que, sin embargo, también tiene un rendimiento reducido debido a una duración del proceso significativamente más larga en comparación con la utilizada en la fabricación de células PERC, lo que inevitablemente conlleva mayores costes de producción.
“No obstante, en el caso de la ruta de proceso con capas de a-Si/poli-Si depositadas in situ mediante LPCVD, identificamos la posibilidad de combinar el recocido a alta temperatura y la oxidación del emisor de boro en un solo paso, lo que hace que este enfoque sea económicamente competitivo en comparación con la ruta de proceso con capas de a-Si/poli-Si ex-situ”, continuaron.
Alternativas
Se consideraron como alternativas a la LPCVD la deposición química de vapor mejorada por plasma (PECVD) y la deposición química de vapor a presión atmosférica (APCVD), y el análisis demostró que no se puede identificar un claro ganador entre las tres tecnologías. “Se observa que el COO del paso de deposición de a-Si se reduce significativamente con el grosor de la capa de a-Si, aunque curiosamente la reducción de costes depende en gran medida de la tecnología de deposición utilizada”, señalan los investigadores del Fraunhofer ISE. “Se observa una reducción mucho mayor del COO para las capas más finas en el caso de las tecnologías de deposición PECVD y APCVD, lo que está relacionado principalmente con sus tasas de deposición de a-Si significativamente más altas en comparación con la LPCVD”.
Los científicos también compararon el coste nivelado de la energía (LCOE) de las plantas fotovoltaicas de 5 MW montadas en el suelo que utilizan la tecnología PERC bifacial y los productos TopCon con LPCVD, PECVD y APCVD. Su análisis demostró que las tecnologías TopCon tienen unos costes totales de las células entre un 13,5 y un 18,6% más altos y unos costes totales de los módulos entre un 3,6 y un 5,5% más altos que los de la tecnología PERC.
“El coste adicional de los módulos TopCon está relacionado principalmente con un mayor CAPEX y con los costes relacionados con la instalación de producción de las células, con unos costes de consumibles significativamente más altos en el proceso de elaboración de las células debido a los pasos adicionales del proceso que se requieren en comparación con una célula PERC, y con el mayor precio del sustrato de la oblea de tipo n en comparación con el de tipo p de PERC”, subrayaron. “A nivel de LCOE, todos los conceptos TopCon evaluados bajo iluminación monofacial muestran valores de LCOE ligeramente inferiores a los de la tecnología bifacial p-PERC, asumiendo una ventaja de eficiencia de la célula TopCon del 0,5% sobre la PERC en el 23,5% y el 23,0% respectivamente”.
Según ellos, para superar al PERC en términos económicos, el concepto más conservador de TopCon debería alcanzar una ganancia de eficiencia mínima del 0,55%. “Para el concepto TopCon en el mejor de los casos, una ganancia de eficiencia de la célula >0,40% respecto al p-PERC bifacial ya permite la fabricación rentable de grandes volúmenes de células solares TopCon”, concluyeron.
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