Un nuevo estudio demuestra que la cocción asistida por láser mejora la fiabilidad de las células solares TOPCon

Un grupo de investigadores del fabricante chino de módulos Jolywood y de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Australia, han analizado el impacto de una nueva tecnología de cocción asistida por láser desarrollada por el propio fabricante chino para la producción de células solares de contacto pasivado de óxido de túnel (TOPCon).

Denominada Jolywood Special Injected Metallization (JSIM), la nueva técnica consiste en un proceso de cocción asistida por láser que utiliza una pasta de plata (Ag) personalizada para la formación del contacto frontal en las células solares TOPCon. Se trata de una técnica de cocción a baja temperatura destinada a facilitar la penetración de la pasta a través del revestimiento antirreflectante frontal de la célula.

“La tecnología JSIM ya está siendo producida a gran escala por Jolywood, y otras empresas están desarrollando e implantando también sus propias versiones de cocción asistida por láser”, declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Bram Hoex. “Jolywood fue uno de los primeros fabricantes en impulsar la tecnología TOPCon en la producción de grandes volúmenes”.

En el artículo “Enhancing the reliability of TOPCon technology by laser-enhanced contact firing” (Mejora de la confiabilidad de la tecnología TOPCon mediante disparo por contacto mejorado con láser), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells, Hoex y sus colegas explican que utilizaron ensayos DH85 acelerados inducidos por contaminantes para evaluar la eficacia del proceso JSIM a la hora de aumentar la calidad de los contactos y la resistencia a la corrosión, reduciendo al mismo tiempo los costos de producción.

Construyeron células TOPCon con unas dimensiones de 182 mm × 182 mm y basadas en obleas de silicio G10 tipo n de Czochralski (Cz) y dispositivos TOPCon de referencia desarrollados mediante un proceso estándar de metalización frontal. Las células construidas mediante JSM se basaron en contactos realizados con oxidación por plasma y deposición de dopaje in situ asistida por plasma (POPAID), que es una técnica de deposición física de vapor desarrollada por la propia Jolywood.

Ambas tipologías de células se sometieron a las pruebas DH85 a una temperatura de 85 ºC y una humedad relativa del 85%. El láser funcionó a una longitud de onda de 1030 nm con una frecuencia de 1000 Hz.

“Para evaluar la resistencia de contacto, nos centramos específicamente en las regiones sin barra colectora de las células TOPCon. Empleando un láser de trazado FOBA M1000, creamos franjas de 6 mm de ancho para evaluar la resistencia de contacto”, explica el equipo de investigación. “En cambio, las muestras de referencia se sometieron a una metalización frontal utilizando pasta Ag/Al comercial estándar y un proceso de cocción convencional. Cabe destacar que ambos lotes de células TOPCon presentaban diseños de patrones de serigrafía idénticos”.

Para analizar las imágenes transversales de los contactos metálicos, los investigadores utilizaron un microscopio electrónico de barrido criogénico con haz de iones Zeiss 550 Crossbeam. Descubrieron que la célula solar JSIM lograba una eficiencia media de conversión de potencia del 25,1% y un factor de llenado del 83,2%, mientras que la célula de referencia alcanzaba valores del 25,0% y el 82,9%, respectivamente.

La prueba también demostró que los contactos metálicos de las células JSIM son menos sensibles a la deteroriación y corrosión inducidas por el cloruro sódico (NaCl) en comparación con los dispositivos de control. “Esta mejora se atribuye a la ventana de procesamiento más amplia que ofrece la técnica de cocción y a la capacidad de emplear pastas que no contienen aluminio para contactar con la superficie de boro ligeramente dopada en la parte frontal de la célula solar TOPCon”, explicaron además los científicos.

Con estas células, el equipo construyó módulos de media célula JSIM 144 utilizando elastómero de poliolefina (POE) y polietileno expandido (EPE) para el encapsulado delantero y trasero, respectivamente, y comparó su rendimiento con paneles de control fabricados sin el proceso JSIM.

Ambos tipos de paneles se sometieron a las pruebas DH85 y también se comprobó que la muestra JSIM tenía un mejor rendimiento en comparación con el módulo de referencia. “Los módulos JSIM mostraron una disminución del factor de llenado del 0,6%, mientras que los módulos de referencia sufrieron una pérdida del factor de llenado significativamente mayor, del 4,9%”, declararon los investigadores.

El equipo afirmó que la serie de pruebas demostró que el proceso JSIM no sólo da lugar a células y módulos solares más fiables, sino que también reduce los costos de producción, debido a la menor cantidad de materiales utilizados durante su ejecución. “Este trabajo demuestra que un proceso de cocción asistido por láser como el JSIM puede mejorar significativamente la resistencia intrínseca a la corrosión de las células solares TOPCon”, concluyeron.