Investigadores detectan grandes diferencias entre fabricantes en el comportamiento frente a la UVID de las células solares TOPCon

Un equipo de investigación estadounidense ha estudiado la degradación metaestable en oscuridad y la recuperación mediante luz en células solares TOPCon comerciales expuestas a degradación inducida por radiación ultravioleta (UVID), y ha encontrado diferencias significativas entre fabricantes.

Los científicos señalaron que estudios anteriores habían identificado una UVID significativa en dispositivos TOPCon, con tasas de degradación comparables o superiores a las observadas en tecnologías comerciales anteriores, como PERC. Sin embargo, indicaron que la exposición a la luz o la inyección de corriente pueden revertir parte de los daños resultantes.

Su análisis técnico se centró en células solares TOPCon bifaciales M10 sin encapsular suministradas por tres fabricantes no identificados, designados como Fabricante 1, Fabricante 2 y Fabricante 3.

“Todas las células están disponibles comercialmente y destinadas a la producción de módulos”, señalaron los investigadores, sin proporcionar más detalles sobre los fabricantes.

El equipo examinó la recuperación metaestable bajo iluminación y la posterior degradación en oscuridad mediante mediciones localizadas de eficiencia cuántica externa (EQE). Utilizó una exposición controlada a la luz de la lámpara del sistema EQE para determinar cómo la dosis de exposición y la longitud de onda afectan a la recuperación. Posteriormente, los investigadores compararon las tendencias de recuperación entre los tres fabricantes para evaluar las variaciones entre células comerciales con estructuras nominalmente idénticas.

El análisis mostró que las diferencias en los materiales y los procesos de fabricación provocaban respuestas de degradación específicas de cada fabricante, pese a que las células compartían la misma arquitectura nominal. Las variaciones en el espesor de las capas, la composición, los gradientes de composición y la microestructura pueden tener poco efecto sobre el rendimiento inicial, pero hacerse más acusadas durante una exposición prolongada a radiación UV, según los investigadores.

La exposición a radiación UV produjo diferencias claras entre los fabricantes. Las células de los Fabricantes 2 y 3 perdieron alrededor de un 4% de su densidad de corriente de cortocircuito, mientras que las del Fabricante 1 perdieron menos de un 1%. Las pérdidas de eficiencia cuántica en el rango UV alcanzaron aproximadamente un 40% para el Fabricante 2, frente a cerca de un 10% para los Fabricantes 1 y 3.

La evaluación también mostró que la luz UV podía restaurar parcialmente el rendimiento tras el envejecimiento acelerado por radiación UV y el almacenamiento en oscuridad. La recuperación fue más intensa en longitudes de onda de entre 320 nm y 340 nm y, por lo general, se produjo en cuestión de segundos bajo la luz solar o una iluminación UV adecuada.

La exposición a la luz produjo la mayor recuperación en las células que habían sufrido una mayor degradación inducida por radiación UV, lo que convierte este procedimiento en esencial para obtener mediciones precisas. Aunque el grado de recuperación varió entre fabricantes, la dosis de exposición necesaria fue similar. Las células normalmente regresaron a un estado degradado por oscuridad en aproximadamente 55 horas, lo que sugiere que podrían degradarse durante la noche y recuperarse rápidamente con la luz solar de la mañana en condiciones de campo.

“Se recomienda una exposición a la luz inmediatamente antes de la medición para garantizar una recuperación completa”, señalaron los investigadores. “Además, cuando se realizan varias mediciones basadas en luz sobre la misma muestra, debe controlarse cuidadosamente el historial de dosis UV para mantener la consistencia”.

Los resultados se presentan en “Metastable dark degradation and light recovery in UV exposed commercial TOPCon” (Degradación metaestable en oscuridad y recuperación mediante luz en células TOPCon comerciales expuestas a radiación UV), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells.

“Estos resultados muestran que la metaestabilidad inducida por la luz opera en la misma escala temporal que el ciclo natural día-noche de los módulos instalados en campo y debe tenerse en cuenta al evaluar los mecanismos de degradación a largo plazo”, concluyeron los científicos. “Los futuros estudios que correlacionen este efecto con propiedades detalladas de los materiales —como el espesor de las capas, la composición y la microestructura—, así como los estudios de módulos instalados en campo, serán fundamentales para comprender y mejorar la capacidad predictiva de los modelos de degradación de módulos TOPCon”.

El grupo de investigación estuvo formado por científicos de la Case Western Reserve University, la University of Central Florida, la Arizona State University y el fabricante estadounidense GAF Energy.