¿Qué es una célula solar de heterounión?

- Mar 14, 2020-

Fuente: thesolarnerd.com


Front and back NBB SHJ solar cell


La eficiencia del panel solar se refiere a la cantidad de luz que un panel solar convierte en electricidad. Cuanto mayor sea la eficiencia, más electricidad obtendrá del panel por la misma cantidad de luz. Para una implementación en la azotea con espacio limitado, esta puede ser una característica muy importante.


La eficiencia ha aumentado constantemente a lo largo de los años a medida que los fabricantes siguen encontrando formas de exprimir más electricidad de la misma cantidad de luz solar. Pero a medida que se alcanzan los límites de cada tecnología, los científicos e ingenieros deben buscar en su bolsa de trucos para encontrar nuevas formas de mantener la eficiencia en aumento.


Una de las últimas tecnologías que está llegando al mercado de paneles solares de consumo son las células solares de heterounión. Si bien Panasonic ha tenido esta tecnología durante algunos años con sus paneles HIT, las patentes sobre tecnología de heterounión expiraron en 2010, y más fabricantes están comenzando a implementarla en sus productos.


¿Qué es la heterounión solar?


Las células solares de hetereojunción combinan dos tecnologías diferentes en una sola célula: una célula de silicio cristalino intercalada entre dos capas de silicio amorfo de "película delgada". Utilizadas juntas, estas tecnologías permiten cosechar más energía en comparación con el uso de cualquiera de las tecnologías por sí solas.


El tipo más común de paneles solares está hecho con silicio cristalino, ya sea monocristalino o policristalino. Los cristales de silicio crecen en bloques y luego se cortan en láminas delgadas, a menudo usando una sierra de alambre de diamante, para formar células individuales.


Un tipo menos común de célula fotovoltaica es la película delgada, que está hecha con una variedad de materiales, uno de los cuales es silicio amorfo. A diferencia del silicio cristalino, el silicio amorfo no tiene una estructura cristalina regular. En cambio, los átomos de silicio se ordenan al azar. Para la fabricación, esto significa que el silicio amorfo se puede depositar sobre una superficie, un proceso más simple y menos costoso que cultivar y cortar cristales de silicio.


Por sí solo, el silicio amorfo es menos eficiente para convertir la luz solar en electricidad. Sin embargo, tiene el beneficio de una fabricación menos costosa. Este menor costo y flexibilidad en el tipo de materiales sobre los que se puede depositar silicio amorfo son algunas ventajas importantes.


Con las células solares de heterounión, una oblea de silicio cristalino convencional tiene silicio amorfo depositado en sus superficies frontal y posterior. Esto da como resultado un par de capas de película solar delgada que absorben fotones adicionales que de otro modo no serían capturados por la oblea de silicio cristalino medio.


Diagrama de una célula heterounión


SHJ silicon heterojunction solar cell


Cómo las células solares de heterounión aumentan la eficiencia


Una célula solar está hecha de un material delgado que captura una fracción de la luz solar que la golpea. Sin embargo, no es completamente opaco. Parte de la luz solar pasará a través de la celda y parte también rebotará en la superficie.


La tecnología solar de heterounión aprovecha esto al construir un panel solar con tres capas diferentes de material fotovoltaico. La capa media de silicio monocristalino hace la mayor parte del trabajo de convertir la luz solar en electricidad.


Hay una capa superior de silicio amorfo de película delgada que captura algo de luz solar antes de que llegue a la capa cristalina, y también capta algo de luz solar que se refleja en las capas de abajo. Es muy delgado, gran parte de la luz solar pasa a través de él. Pero aun así, genera suficiente electricidad adicional para que el costo adicional valga la pena.


En la parte posterior del silicio cristalino hay otra capa de película delgada. Captura la luz solar que pasa a través de las dos primeras capas. Si el panel tiene un diseño de vidrio sobre vidrio con un panel posterior transparente, esta capa posterior de película delgada agregará una cantidad significativa de electricidad debido a la luz solar que se refleja en el suelo.


Al construir un panel a partir de un emparedado de tres capas fotovoltaicas diferentes, un panel solar de heterounión puede alcanzar eficiencias de 21% o más. Esto es comparable a los paneles que utilizan diferentes tecnologías para lograr un alto rendimiento.


Ventajas de la heterounión solar


Las principales ventajas de las células solares de heterounión sobre las células convencionales de silicio cristalino son:

Mayor eficiencia

Costo potencialmente menor en comparación con otras tecnologías utilizadas para mejorar el rendimiento, como PERC

Coeficiente de temperatura más bajo (rendimiento mejorado en altas temperaturas)


La eficiencia de los paneles de heterounión actualmente en el mercado oscila entre el 19,9% y el 21,7% con los paneles HJT más nuevos de REC Solar. Si bien esto no es lo más alto en el mercado, los campeones actuales son las células Maxeon ofrecidas por SunPower, que alcanzan una eficiencia de hasta 22.7%, es una mejora significativa sobre las células monocristalinas convencionales.


Además, las otras tecnologías utilizadas por los fabricantes para alcanzar eficiencias muy altas pueden ser más costosas. Por ejemplo, las celdas Maxeon de SunPower utilizan un grueso bloque de cobre en la parte posterior de cada celda. Si bien este enfoque ayuda a las células Maxeon a ser las células más eficientes actualmente en el mercado, usar esa cantidad de cobre no es barato.


En comparación, el silicio amorfo es una tecnología relativamente barata. Si bien este tipo de solar de película delgada no es tan eficiente como el silicio cristalino, se beneficia de una fabricación relativamente simple. Al requerir menos pasos de fabricación que otras tecnologías, los paneles de heterounión tienen el potencial de ser rentables que otros tipos.


Finalmente, los paneles HJT pueden tener una ventaja cuando se trata del rendimiento a altas temperaturas. Los paneles solares son menos efectivos en altas temperaturas. Este es un fenómeno bien conocido: de hecho, el rendimiento de la temperatura figura en la hoja de datos de cualquier panel solar. Busque las cifras del coeficiente de temperatura y las clasificaciones de potencia PTC, NOCT o CEC .


Sin embargo, una ventaja de la película solar delgada es que tiene un mejor coeficiente de temperatura que el silicio cristalino. Esto significa que las altas temperaturas tienen menos impacto en la película delgada que el silicio monocristalino o policristalino convencional.


Con dos capas de silicio de película delgada, los paneles de heterounión obtienen una ventaja sobre los paneles solares convencionales cuando se trata de mantener un alto rendimiento a medida que aumenta la temperatura.