Fraunhofer crea una célula solar TOPCon bifacial con un 23,84% de eficiencia y un 90% menos de plata

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE de Alemania llevan varios años tratando de reducir el uso de la plata -una de las principales preocupaciones de la industria fotovoltaica- en la metalización de las células solares TOPCon, para las que depender de menores cantidades del metal precioso es crucial para reducir los costes de fabricación y ganar más cuota de mercado.

Recientemente, un grupo de científicos del instituto alemán utilizó contactos basados en níquel (Ni), cobre (Cu) y plata (Ag) galvánicos en lugar de los contactos de plata habituales para fabricar una célula TOPCon bifacial de tipo n que, según se afirma, alcanza una mayor eficiencia que sus homólogas con contactos de plata impresos, al tiempo que reduce el consumo de plata en un 90%. “Incluso en la producción industrial, esta metalización galvánica permite un importante ahorro de plata sin tener que comprometer la eficiencia”, afirma el investigador Sven Kluska.

Diseñada para la metalización serigrafiada, la célula se fabricó con un emisor de boro de tipo industrial en la cara frontal texturizada y pasivada por una pila de óxido de aluminio y nitruro de silicio (AlOx/SiNx). La cara posterior se hizo con una capa TOPCon con un óxido tunelizado y una capa de poli-Si altamente dopada de tipo n que está cubierta por una capa de SiNx.

“El proceso de metalización combina dos pasos de galvanoplastia de un solo lado de una pila de Ni/Cu/Ag posteriormente en cada lado”, dijeron los científicos refiriéndose a la técnica de metalización utilizada. “El Ni y el Cu fueron suministrados por Atotech Group, mientras que el electrolito de Ag es idéntico al presentado por Grübel”.

La cara posterior del TOPCon se metaliza inicialmente mediante un proceso de pretratamiento con ácido fluorhídrico (HF) destinado a eliminar las capas de óxido nativas e inducidas por el láser dentro de la abertura de contacto del láser (LCO). En un segundo paso, se deposita una pila de Ni-Cu mediante revestimiento inducido por luz (LIP) y se termina con un recubrimiento de Ag por inmersión.

El rendimiento de la célula chapada, que tiene un área total de 268 cm2, se comparó con el de un dispositivo similar que pasó por una metalización serigrafiada. El dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 23,84%, una tensión de circuito abierto de 709 mV, una corriente de cortocircuito de 40,9 mA cm-2 y un factor de llenado del 82,2%. La célula serigrafiada mostró una eficiencia del 23,46%, una tensión de circuito abierto de 708 mV, una corriente de cortocircuito de 40,4 mA cm-2 y un factor de llenado del 82,0%.

Reduciendo la anchura del LCO y adaptando el número de dedos, los contactos chapados se benefician de anchuras de contacto más estrechas, de hasta 5,5 μm, lo que permite una ganancia de corriente de cortocircuito de casi hasta 0,5 mA/cm2, explicaron los académicos. “No hubo indicios de que la anchura del LCO afectara a la adherencia del contacto. La optimización del pretratamiento con HF antes del proceso de revestimiento mostró una mejora de la resistividad de los contactos que permitió estabilizar el factor de llenado por encima del 82% a pesar de que las geometrías de los contactos eran más pequeñas que las de las referencias serigrafiadas.”

La célula y el proceso de fabricación correspondiente se describen en el artículo “Progress of plated metallization for industrial bifacial TOPCon silicon solar cells, publicado” en Progress in Photovoltaics. “La metalización por chapado se revela como un candidato adecuado para metalizar células solares i-TOPCon con eficiencias elevadas que superan la metalización de referencia serigrafiada”, concluyen los científicos.