El auge de las células fotovoltaicas solares de tipo n de próxima generación

En 2022, el Centro de Pruebas de Energía Renovable (RETC) está monitoreando de cerca una tendencia tecnológica que gana tracción y aceptación en el mercado: el auge de las celdas fotovoltaicas de tipo n de próxima generación con contactos de pasivación.Estas células fotovoltaicas de tipo n de próxima generación son esenciales para la capacidad continua de la industria solar de reducir los costos y mejorar el rendimiento.Aquí, exploramos la promesa de nuevos diseños de celdas fotovoltaicas de tipo n y los desafíos potenciales asociados con la ampliación de esta tecnología prometedora.

Ascenso de TOPCon

Muchos analistas de la industria y científicos de materiales creen que los diseños emergentes de celdas fotovoltaicas de tipo n son la próxima progresión lógica en la hoja de ruta de la tecnología fotovoltaica.En 2013, investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar de Alemania presentaron un método para producir células solares de silicio de tipo n de alta eficiencia con una nueva estructura de contacto pasivado con óxido de túnel (TOPCon).Este novedoso diseño de celda logró altas calificaciones en voltaje de circuito abierto (Voc), factor de llenado y eficiencia gracias a la excelente pasivación de la superficie y al transporte efectivo de portadores.

Comparación de diseños de celdas de silicio TOPCon tipo n y PERC tipo p.

Menos de una década después, TOPCon es la palabra más comentada en energía solar.Los mayores fabricantes de módulos del mundo están comenzando la producción en volumen de módulos fotovoltaicos con células TOPCon.Si bien LONGi Solar está apostando fuerte por el TOPCon de tipo p, muchas otras empresas de módulos líderes, como JinkoSolar, Jollywood Solar Technology, JA Solar y Trina Solar, están realizando inversiones sustanciales en módulos con diseños de celdas TOPCon de tipo n.

Este pivote colectivo en el mercado se debe principalmente al aplanamiento de las curvas de eficiencia para los módulos de celda de contacto posterior (PERC) y emisor pasivado de tipo p.Aunque estos han dominado el mercado en los últimos años, los fabricantes están comenzando a alcanzar los límites físicos de los diseños de celdas PERC mono tipo p.La transición a las celdas TOPCon de tipo n permitirá a las empresas de módulos aumentar aún más la eficiencia de las celdas en el laboratorio y la producción en masa.

'Todo el mundo quiere la clasificación más alta posible en la placa de identificación del módulo', explicó Kenneth Sauer, ingeniero principal de VDE Americas, un proveedor de servicios de ingeniería y diligencia debida técnica.'A través de valores Voc más altos, puede lograr eficiencias y clasificaciones de potencia más altas. En sí mismo, es probable que eso lleve a los fabricantes a diseños de celdas TOPCon de tipo n, tan pronto como puedan llegar allí.'

Beneficios de las células de tipo n

Pruebas de caracterización de módulos en curso en el laboratorio acreditado del RETC.

Los fabricantes de energía solar han reconocido durante mucho tiempo los posibles beneficios de eficiencia de las células fotovoltaicas de tipo n.Por ejemplo, Sanyo comenzó a desarrollar células fotovoltaicas con tecnología de heterounión (HJT) de tipo n en la década de 1980.Además, SunPower ha construido sus células fotovoltaicas de contacto trasero interdigitado (IBC) sobre una base de silicio de tipo n de alta pureza.

Debido a las complejidades de fabricación involucradas, los módulos fotovoltaicos de alta eficiencia basados ​​en diseños de celdas IBC y HJT de tipo n son relativamente costosos de producir y siguen siendo una parte de nicho del mercado.En comparación, la fabricación de celdas TOPCon de tipo n es similar al proceso PERC.Como resultado, los fabricantes pueden producir estos módulos TOPCon de alta eficiencia y próxima generación en líneas de producción PERC mejoradas.

Aunque los módulos TOPCon tipo n de hoy en día cuestan un poco más de producir por vatio que los módulos PERC mono tipo p, las ganancias de eficiencia dan como resultado un costo nivelado de energía (LCOE) más bajo en implementaciones de campo a gran escala.Lo mejor de todo es que los principales expertos esperan que n-type TOPCon se beneficie de una curva de aprendizaje acelerada.

Una ventaja principal de las células TOPCon de tipo n en relación con las células mono PERC de tipo p es una menor tasa de degradación debido a una menor susceptibilidad tanto a la degradación inducida por la luz (LID) como a la degradación inducida por la luz y la temperatura elevada (LeTID).Las ventajas adicionales pueden incluir un mayor factor de bifacialidad y un rendimiento mejorado en condiciones de poca luz y alta temperatura.