Primer intento de construir células solares en tándem de perovskita y silicio

Un grupo de científicos dirigido por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania ha intentado aplicar por primera vez la tecnología de interconexión shingling a células solares en tándem de perovskita-silicio (PVST).

“La combinación de células PVST con tejas permite aumentar aún más la eficiencia del módulo debido al aumento del área fotoactiva debido a la ausencia de espacios entre las células”, dijo a pv magazine la autora principal de la investigación, Veronika Nikitina. “Tecnológicamente, el sistema Shingling se adapta a las limitaciones de temperatura de las células PVST, ya que el factor principal para la elección de la temperatura de procesamiento son las condiciones de curado del adhesivo eléctricamente conductor”.

Los paneles de tejas presentan una estructura sin barras en la que sólo una pequeña proporción de células no están expuestas a la luz solar. Las celdas se unen con un adhesivo conductor de electricidad para formar una cadena de tejas de alta densidad y las tiras resultantes se conectan. El número reducido de barras reduce las pérdidas por sombra.

“Una ventaja significativa de combinar células PVST y tejas es la flexibilización de los requisitos de resistividad de los dedos debido a la densidad de corriente relativamente baja de las células”, dijeron los científicos. “Además, la teja no utiliza cintas y requiere que solo se imprima un lado de la celda con adhesivos conductores de electricidad (ECA)”.

También enfatizaron que las tejas utilizan menos material y al mismo tiempo reducen la tensión termomecánica en los paneles. También aumenta el área activa de una celda, aumentando así el factor de llenado del dispositivo y la eficiencia de conversión de energía. Además, los módulos solares con tejas tienen una resistencia a la sombra mejorada en comparación con los productos sin tejas.

Los investigadores utilizaron precursores M6 (166 mm x 166 mm) con una configuración de dos terminales (2T) proporcionados por el especialista en perovskita solar Oxford PV. La metalización con pasta de plata a baja temperatura mediante serigrafía con 60 dedos y barra colectora continua se llevó a cabo en Fraunhofer ISE, mientras que el corte de las celdas en 1/5 de tejas con una eficiencia del 24,5% se realizó en la planta de Oxford PV en Brandeburgo, Alemania. Las tejas se enviaron de regreso a Fraunhofer ISE en Friburgo para su interconexión e integración de módulos.

“El número óptimo de dedos en la parte delantera se determinó barriendo el número de dedos mientras se mantenía constante el número de dedos en la parte trasera, así como las dimensiones de los dedos y de las barras colectoras”, explicaron también, señalando que utilizaron el análisis célula-módulo (CTM) para evaluar el impacto del número de dedos y del tamaño de las tejas en la eficiencia del módulo.

A través de su análisis, los académicos descubrieron que las células PVST de corte 1/6 con una eficiencia inicial de celda de teja del 25 % podrían lograr una eficiencia del módulo del 23,4 %.

“La viabilidad del enfoque de shingling, así como la integración de módulos con células PVST, quedó demostrada mediante la producción de módulos de formato completo”, dijo el grupo, añadiendo que produjo paneles solares bifaciales reales de vidrio-vidrio basados en equipos de producción industrial, que alcanzaron eficiencias de hasta el 22,8 %. “La metalización de precursores de PVST con pasta de plata a baja temperatura mediante serigrafía, seguido de corte con láser y corte mecánico, fue un éxito”.

El novedoso diseño de celda se presentó en el estudio “Shingling Meets Perovskite-Silicon Heterojunction Tandem Solar Cells” (Shingling se encuentra con células solares en tándem de heterounión de perovskita-silicio), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells.