Células solares TOPCon IBC de bajo voltaje de ruptura para mejorar la tolerancia a las sombras

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos, han investigado cómo el ajuste de las características inversas de las células solares de contacto posterior interdigitado (IBC) basadas en la tecnología de contactos pasivados de óxido de túnel (TOPCon) podría ayudar a mejorar el rendimiento de los módulos fotovoltaicos, principalmente aumentando la tolerancia al sombreado y limitando la temperatura de funcionamiento de las células solares sombreadas.

“Nuestro trabajo tenía un doble objetivo: por un lado, mostrar cómo es posible disminuir la tensión de ruptura (BDV) de las células solares TOPCon IBC y, por otro, demostrar cómo los módulos que utilizan células de baja tensión de ruptura son más tolerantes a la sombra”, declaró el investigador Patrizio Manganiello a pv magazine. “Utilizamos este enfoque en todas las aplicaciones en las que las condiciones de sombra parcial son comunes, como por ejemplo en la energía fotovoltaica integrada en las ciudades”.

Los investigadores describieron sus hallazgos en “Low-breakdown-voltage solar cells for shading-tolerant photovoltaic modules” (Células solares de baja tensión de ruptura para módulos fotovoltaicos tolerantes a la sombra), que se publicó recientemente en Cell Reports Physical Science. Simularon las características de ruptura de las células solares IBC basadas en contactos pasivos de polisilicio y monóxido de silicio (poli-Si/SiOx).

“Normalmente, en las células solares IBC basadas en la tecnología TOPCon, las regiones del emisor y del campo de la superficie posterior (BSF) están físicamente aisladas para evitar la derivación debido a la difusión de átomos de dopante en la base de c-Si durante los pasos de procesamiento térmico”, explicaron. “Sin embargo, se ha demostrado experimentalmente que es posible diseñar células TOPCon IBC altamente eficientes con regiones contiguas de BSF y emisor, donde los dedos p+ y n+ están separados por una región de poli-Si compensada, formando una unión p-i-n”.

Afirmaron que la tensión de ruptura puede ajustarse sin degradar significativamente la eficiencia de la célula solar. Mediante una simulación a nivel de dispositivo, afirman haber demostrado que es posible reducir el BDV en las células solares TOPCon IBC simplemente reduciendo la distancia entre el emisor y el BSF, sin crear una derivación.

“Las simulaciones de módulos fotovoltaicos parcialmente sombreados indican que, si la BDV puede reducirse a 0,3 V, el rendimiento energético podría aumentar hasta un 20% para un módulo fotovoltaico con tres diodos de derivación que esté sombreado aproximadamente un 20% del tiempo”, afirman los científicos. “Los resultados de las simulaciones están respaldados por experimentos en exteriores que demuestran que, en condiciones de sombreado parcial, un módulo fotovoltaico fabricado con células IBC con un BDV de 3 V produjo una media del 4,2% más de energía que un módulo fotovoltaico con células solares FBC con BDV superiores a 10 V y seis diodos de bypass”.

A pesar de estos alentadores resultados, el grupo de investigación afirmó que aún queda mucho por hacer para que esta tecnología de células se acerque a la producción comercial.

“Todavía no se ha demostrado la viabilidad de fabricar células solares rentables con un voltaje de ruptura tan bajo como 0,3 V”, dijo Manganiello.