Investigadores australianos advierten de sorprendentes vulnerabilidades en los módulos solares TOPCon

Científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Australia, afirman haber identificado tres nuevos tipos de fallos en los módulos solares TOPCon que nunca se habían detectado en los paneles PERC.

«Los resultados nos sorprendieron bastante», declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Bram Hoex. «Esperábamos que el elastómero de poliolefina (POE, por sus siglas en inglés) en general funcionara bien, pero detectamos que algunos POE funcionaban muy mal. Esto se debe probablemente a los diferentes aditivos utilizados en el POE, que reaccionan con el fundente de soldadura y la metalización, lo que provoca corrosión por contacto».

Los científicos explicaron que su trabajo tenía como objetivo inicial evaluar el impacto de las listas de materiales (BOM) en la fiabilidad de las células solares PERC y TOPCon disponibles en el mercado. Especificaron que todos los módulos se encapsularon en una línea piloto dentro de una instalación industrial no especificada.

«Estos procesos incluyeron la soldadura para conectar los cables de cinta y de lengüeta a las barras colectoras y el laminado para unir los módulos que forman la lista de materiales», explicaron, y señalaron que todos los paneles se sometieron a pruebas de calor húmedo (DH) a 85 ºC y 85 % de humedad relativa durante un máximo de 1.000 h. Dijeron que todos los componentes de la lista de materiales, como el vidrio, la lámina posterior de polímero, el etilvinilacetato (EVA) y el POE, se adquirieron a diversos fabricantes de todo el mundo y se consideraron para la fabricación de grandes volúmenes. No se revelaron los nombres de los proveedores por «motivos de confidencialidad».

El equipo realizó mediciones de corriente-voltaje (I-V) con un comprobador de destellos de módulos Eternalsun Spire y capturó imágenes de fotoluminiscencia de circuito abierto (PLLS) y electroluminiscencia (ELLS) de barrido lineal mediante un sistema de barrido lineal de luminiscencia BTi-M1 antes y después de la prueba DH. «Los ratios de imágenes ELLS se obtuvieron dividiendo las imágenes ELLS capturadas antes y después de 1.000 h de ensayo DH mediante Lumitools, un avanzado software de procesamiento de imágenes», subrayó.

La serie de pruebas demostró que los métodos utilizados para encapsular los paneles de alta calidad (POE) y de baja calidad (EVA) tuvieron un impacto «insignificante» en el rendimiento y la fiabilidad de las células PERC, definiéndose las alteraciones observadas como «de naturaleza mínima».

Por el contrario, las células TOPCon ensayadas mostraron una mayor pérdida de potencia máxima en comparación con sus homólogas PERC, con valores de potencia máxima que disminuyeron de alrededor del 30% a 25 valores para los módulos encapsulados con diferentes tipos de POE y de aproximadamente el 29% al 26% para los paneles encapsulados con EVA. Estas pérdidas se atribuyeron principalmente a un aumento de la resistencia en serie.

«Nuestros hallazgos indican que los módulos PERC demuestran estabilidad, con sólo una disminución del 1-2% en la potencia máxima después de 1000 h de pruebas DH, independientemente de la lista de materiales utilizada», declaró el grupo de investigación. «Por el contrario, los módulos TOPCon experimentan una degradación significativa, con una disminución relativa de la potencia máxima del 4 al 65% tras la misma duración de las pruebas DH».

A través de las pruebas, los científicos identificaron, en particular, tres tipos de fallos: Un fallo localizado en un punto; un modo de fallo que se produce en el punto de interconexión entre los cables planos y las barras colectoras de las células; y un fallo completo en toda el área de las células y los módulos.

Atribuyeron la causa del primer fallo a la reacción electroquímica entre la humedad, la metalización de las células y los contaminantes probablemente presentes en las células antes del encapsulado. En cuanto al segundo tipo, dijeron que se observó en módulos con células TOPCon encapsuladas con EVA o POE, comenzando en el punto de interconexión y extendiéndose después a la zona circundante de la célula tras una prueba DH prolongada.

En cuanto al tipo de fallo Tipo 3, se observó que se producía en módulos con células TOPCon encapsuladas con POE, probablemente debido a una reacción electroquímica entre la metalización de la célula, la humedad, el fundente de soldadura y los elementos críticos liberados.

Según los académicos, estos resultados demuestran la vulnerabilidad de las células solares TOPCon cuando se exponen a una humedad elevada y a contaminantes antes de su encapsulación. «Hay que tener mucho cuidado al manipular y seleccionar los encapsulantes de los módulos TOPCon», advirtieron.

Sus conclusiones se presentan en el estudio «Buyer aware: Three new failure modes in TOPCon modules absent from PERC technology» (Comprador consciente: tres nuevos modos de falla en los módulos TOPCon ausentes en la tecnología PERC), publicado recientemente en Solar Energy Materials and Solar Cells.

El mismo grupo de investigación identificó el año pasado cuatro modos de fallo causados por el calor húmedo en paneles solares de heterounión con una configuración de lámina posterior de vidrio. Estos fallos podían provocar pérdidas de potencia de entre el 5% y el 50%.