EU PVSEC: “El silicio multicristalino no morirá”

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En los últimos meses, la diferencia de precios entre los módulos solares monocristalinos y multicristalinos ha creado una expectativa generalizada en la industria fotovoltaica de que la tecnología monocristalina tomará la delantera sobre su contraparte multicristalina.

Los analistas predicen que la participación en el mercado de células y módulos monocristalinos aumentará rápidamente del 33 % en 2017, al 70 % o incluso más, en tan solo unos pocos años.

Un argumento que muchos observadores citan es que las obleas monocristalinas ofrecen un mayor potencial para las células de alta eficiencia que las obleas multicristalinas.

En la 35.ª Conferencia Europea de Energía Solar Fotovoltaica (EU PVSEC) celebrada en Bruselas esta semana, los defensores de los mono pudieron encontrar más pruebas para su teoría, ya que la conferencia tradicionalmente presenta una gran cantidad de conceptos monocristalinos de alta eficiencia.

Récord de eficiencia del 26,1 % para células de laboratorio de contacto posterior

Christina Klamt, del Instituto de Investigación de Energía Solar de Hamelín (ISFH / Alemania), una de las ganadoras del premio estudiantil, presentó una eficiencia récord del 26,1 % para una pequeña célula de laboratorio monocristalina de 4 cm² hecha de una zona flotante de silicio de alta calidad con una estructura de contacto posterior interdigitado (IBC), donde los contactos positivos y negativos se colocan en el lado posterior de la celda positivamente dopada (tipo p), evitando así efectos de sombra en el lado frontal.

Además, la celda utiliza contactos pasivantes, que se han convertido en una nueva dirección de investigación desde 2013. Estos contactos se construyen cubriendo el lado posterior de la oblea de silicio con una capa dieléctrica muy delgada de óxido de silicio, que pasiva el límite, seguido de una película de silicio policristalino dopado de tipo “p” o “n”, y una capa de metalización.

Dependiendo del dopante, solo los electrones o los agujeros únicos pueden pasar directamente a través del delgado óxido de silicio o migrar a través de orificios de clavijas para alcanzar el contacto metálico.

Con un contacto de pasivación selectiva parecido en la parte trasera completa de una celda de laboratorio tipo n, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar también ha alcanzado una eficiencia récord de 25.8%, aunque aún utiliza un contacto de metal convencional en la parte frontal.

Células monocristalinas industriales cercanas al 23 % y más

Los conceptos de células monocristalinas que están más cerca de los procesos de producción industrial de hoy también se presentaron en la PVSEC de la UE, y también sus rendimientos produjeron resultados notables.

En cooperación con la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y el Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM), la unidad de investigación del fabricante suizo de equipos, Meyer Burger ha desarrollado una célula de heterounión con un contacto posterior interdigitado.

Usando una máscara de sombra para construir los dedos de contacto en la parte posterior, la producción de la celda requiere solo 10 pasos de proceso. Meyer Burger ha logrado una eficiencia del 23.8% en un área de celda de 90.25 cm².

Para células de tipo p monocristalinas industriales, el emisor pasivado y la célula posterior (PERC) ya se ha generalizado en la industria.

Una variante para las obleas de tipo n es el PERT (Emisor pasivo trasero totalmente difundido), donde el emisor se desplaza desde la parte frontal a la parte posterior de la celda. Al aplicar la estructura PERT a una oblea de 6 pulgadas de tamaño industrial, el Centro de Microelectrónica Interuniversitario (Imec) en Lovaina (Bélgica) ha logrado una eficiencia del 23.0%.

Pero incluso con el concepto estándar de PERC, eficiencias similares están al alcance. Hanwha Q-Cells ya produce células PERC monocristalinas (la compañía las llama “similares a PERC”), con una eficiencia media de 22.15% y un valor máximo de 22.4%.

En la EU PVSEC, además, el ingeniero de investigación y desarrollo, Benjamin Lee presentó un innovación al introducir un emisor selectivo en la parte frontal, que puede aumenta la eficiencia máxima a 22.7%.

Un nuevo concepto para la parte frontal de la célula

Una razón por la cual el PERC de tipo p ha logrado su avance en la industria es la disminución exponencial de los costos para los equipos de fabricación necesarios.

Pietro Altermatt, científico de Trina Solar, destacó esta historia de éxito para el mantenimiento de la estructura PERC en la parte trasera de la célula. La industria debería centrarse en la parte frontal de la celda, ya que esto ofrecería más espacio para mejoras.

El científico propuso cubrir el lado frontal con una capa delgada de óxido de silicio y un óxido transparente dopado con n, como el óxido de zinc dopado con aluminio, en la parte superior, que luego se pone en contacto con los dedos de metal.

Este heteroemisor transparente con un contacto de pasivación hace que los electrones en la masa de silicio se muevan lateralmente por debajo de la capa de óxido de silicio, y se canalicen a través de ella en la región de los dedos metálicos.

A través de este truco, el óxido transparente no necesita conducir los electrones lateralmente hacia los dedos de contacto. El nitruro de silicio en la parte superior se utiliza como revestimiento antirreflectante.

Cualquiera que sea la solución para el lado frontal, Altermatt predijo que la eficiencia media de las células PERC industriales se acercará al 24 % para el 2025.

La tecnología multicristalina resiste

En vista de esas perspectivas tan brillantes para la tecnología monocristalina, ¿las células solares multicristalinas todavía tienen alguna posibilidad en el mercado?

Hanwha Q-Cells es un buen destinatario de esta pregunta: si bien es uno de los líderes en eficiencia para el PERC monocristalino, la compañía aún mantiene el 50% de su capacidad de producción de módulos multicristalinos.

“Las perspectivas para multi todavía son bastante buenas. Todavía hay un futuro razonable para esa tecnología “, dijo el ingeniero de Q-Cells, Lee en la conferencia.

El productor chino de células GCL System Integration Technology (GCL-SI) ha demostrado por qué. La empresa ha mejorado la eficiencia máxima de sus células PERC multicristalinos con una textura de silicio negro en obleas serradas con alambre de diamante, desde el 20,8% presentado en el PVSEC de la UE del año pasado hasta el 21,6% actual.

Comparado con la eficiencia máxima del 22.4% para la celda mono PERC (sin emisor selectivo) de Hanwha Q-Cells, esta es una diferencia de un 0.8%.

Peter Fath, CEO del proveedor alemán RCT Solutions y presidente de la sesión que presenta la presentación de GCL-SI, sostiene que las células policristalinas seguirán siendo competitivas siempre que sus eficiencias estén en una distancia de 1.0% a 1.2% con respecto a las células monocristalinas.

GCL-SI está utilizando el grabado por iones reactivos (RIE) para crear la textura de silicio negro. Si bien este método ofrece eficiencias celulares más altas, es relativamente costoso.

Fath cree que combinar el grabado químico catalizado por metal (MCCE) menos costoso para el trabajo principal y RIE para la pieza de acabado será una solución rentable. Su conclusión no se vio afectada por la primacia actual del mono: “El silicio multicristalino no morirá”.

Autor: Johannes Bernreuter