Actualizado: 05/07/2024
El camino de la industria solar hacia paneles fotolvoltaicos de mayor potencia se sustenta bajo diferentes tecnologías de células solares que intentan reducir las pérdidas de potencia, aumentar la eficiencia y reducir los costes de producción de los módulos fotovoltaicos.
Uno de los métodos más innovadores que ha demostrado una mayor eficiencia utilizando células de silicio cristalino (c-Si) es la tecnología de células solares de contacto posterior interdigitado (IBC).
En este artículo, explicamos todo sobre la tecnología IBC, incluidos los componentes, la estructura de las células solares IBC, el principio de funcionamiento, e incluso comparamos la tecnología IBC con otras tecnologías fotovoltaicas.
¿Qué es una célula solar IBC y cómo funciona?
La tecnología de célula solar IBC reestructura los componentes de la célula solar e incluye otros adicionales para aumentar la eficiencia de la célula y proporcionar beneficios adicionales.
Materiales y componentes de la célula solar IBC
El componente principal de la mayoría de las células solares IBC es una oblea de c-Si que actúa como capa absorbente de la oblea de tipo n, aunque también se utilizan obleas de tipo p. El silicio monocristalino (mono c-Si) es la opción más común debido a su mayor eficiencia, pero también se puede utilizar el silicio policristalino (poli c-Si).
En una de las dos caras de la oblea de c-Si se coloca una capa antirreflectante y de pasivación, que se fabrica con una fina capa de dióxido de silicio (SiO2) colocada mediante un proceso de oxidación térmica. También son adecuados materiales como el nitruro de silicio (SiNx) o el nitruro de boro (BNx).
Para que las células solares IBC reubiquen los contactos frontales en la parte trasera de la célula, necesitan capas intercaladas o interdigitadas de emisores n+ y p+, denominadas capa de difusión. Para crearla, las capas de la oblea de tipo n se dopan con boro mediante difusión enmascarada, implantación de iones enmascarada o dopaje láser, creando la digitación de tipo p (p+), mientras que las capas de tipo n permanecen intactas (n+).
Los contactos metálicos también se colocan por ablación láser o deposición química húmeda, utilizando metales normales como la plata, el níquel o el cobre para los contactos de la célula solar IBC.
Este es uno de los enfoques más populares para la fabricación de células solares IBC, pero hay diferentes enfoques disponibles, que pueden requerir diferentes materiales para la fabricación de la capa de difusión.
Estructura de la célula solar IBC
La fabricación de la célula solar IBC puede ser bastante compleja teniendo en cuenta la creación de la capa de difusión, pero entender su estructura es relativamente sencillo.
La capa principal de la célula solar IBC es la oblea de c-Si de tipo n o de tipo p que funciona como capa de absorción. Esta capa se fabrica dopando una capa de c-Si con boro o fósforo, para crear una oblea dopada de tipo p o de tipo n. A continuación, se coloca una capa antirreflectante y de pasivación, generalmente de SiO2, en una o dos caras de la célula solar.
La principal modificación del diseño estructural de las células solares IBC es la inclusión de una capa de difusión, que presenta capas interdigitadas de tipo n y tipo p que permiten la instalación de contactos metálicos en la parte posterior.
Por último, todos los contactos metálicos de la célula solar IBC se colocan en la parte trasera de la célula, dejando la parte delantera de la misma totalmente libre de materiales de sombreado. Esto también permite instalar los contactos en una zona más amplia, lo que hace que la resistencia en serie de las células se reduzca.
Principio de funcionamiento de la célula solar IBC
Las células solares IBC generan energía solar bajo el efecto fotovoltaico como las células solares Al-BSF. La carga se conecta entre los terminales positivo y negativo del panel solar IBC, y los fotones se convierten en electricidad, creando energía solar para energizar la carga.
Al igual que las células solares tradicionales, los fotones inciden en la capa absorbente de la célula solar IBC, excitando a los electrones y creando un par electrón-hueco (e-h). Dado que los paneles solares IBC no cuentan con contactos metálicos frontales que den sombra a las células, estas células solares tienen una mayor área de conversión para el impacto de los fotones.
El par e-h formado en la parte delantera de la célula solar IBC es recogido por una capa interdigitada de tipo p en la parte trasera. Los electrones recogidos fluyen desde los contactos metálicos p+ hasta la carga, generando electricidad, y luego vuelven a la célula solar IBC a través del contacto metálico n+, poniendo fin a ese par e-h concreto.
Células solares IBC vs células tradicionales.
Después de conocer mejor las células solares IBC, es importante compararlas con la conocida tecnología tradicional Al-BSF.
Un problema estructural que las células solares IBC mejoran con respecto al diseño de las células tradicionales de Al-BSF, es la eliminación del contacto metálico delantero en la célula. Esto proporciona dos ventajas a la tecnología de células solares IBC: la reducción del sombreado al situar los contactos metálicos en la parte trasera de la célula y el aumento de la densidad de potencia al permitir la instalación de células solares sin espacio intermedio en el panel solar IBC.
Gracias a las mejoras introducidas en las células solares IBC, la tecnología IBC ha alcanzado una eficiencia registrada del 26,7%, lo que supone un 1,3% más que las tecnologías tradicionales. La tecnología de células solares IBC no se detiene ahí, ya que los investigadores esperan alcanzar una eficiencia del 29,1% para las células solares IBC.
La tecnología de células solares IBC mejora el coeficiente de temperatura de -0,387%/ºC a -0,446%/ºC de las opciones tradicionales, hasta llegar a -0,29%/ºC. Como resultado, un panel solar IBC puede ofrecer un mejor rendimiento en instalaciones de clima cálido.
Si bien la célula solar IBC tenía un coste de producción elevado y presentaba un proceso de fabricación complejo, el coste de esta tecnología se ha reducido a 0,30 dólares/W. Con una mayor eficiencia y un precio sólo ligeramente superior, la tecnología de células solares IBC es una opción para aplicaciones residenciales e industriales, lo que podría hacer que la tecnología IBC se haga con alrededor del 35% de la cuota de mercado para 2025.
Mientras que los paneles solares Al-BSF e IBC pueden utilizarse para aplicaciones residenciales e industriales, la tecnología de células solares IBC lleva la delantera en las aplicaciones CPV. Esto se debe a que los paneles solares IBC tienen una menor resistencia en serie, una mayor vida útil y una menor recombinación superficial, lo que los hace ideales para estas aplicaciones con una mayor concentración solar que proporciona varias ventajas interesantes.
Células solares IBC vs células PERC
Las células solares PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) e IBC comparten interesantes mejoras de diseño a partir de la tecnología Al-BSF. Ambas tecnologías comparten mayores eficiencias, mejores coeficientes de temperatura y mayores áreas de absorción de fotones.
Las tecnologías PERC e IBC comparten la reducción de la superficie ocupada por las barras colectoras o los contactos metálicos, ofreciendo ventajas similares. Mientras que la tecnología PERC sólo reduce las barras colectoras, la tecnología de paneles solares IBC las elimina, aumentando aún más la superficie efectiva para la absorción de fotones.
La tecnología IBC supera a la tecnología PERC en cuanto a su eficiencia, ya que la tecnología PERC sólo alcanza una eficiencia del 25,4%, mientras que la tecnología de paneles solares IBC alcanza eficiencias registradas del 26,7%.
El principal punto a favor del PERC frente a la tecnología de células solares IBC es que la tecnología IBC es más cara de fabricar que la tecnología PERC.
Aunque ambas tecnologías tienen sus diferencias, suponen una mejora respecto a las opciones tradicionales de Al-BSF, y el principal punto a favor de ambas es que pueden combinarse. Esto abre una vía para la creación de paneles solares PERC-IBC, que presentan ventajas adicionales frente a las tecnologías tradicionales.
Ventajas de las células solares IBC
Los paneles solares IBC tienen muchas ventajas que los diferencian de la tecnología tradicional Al-BSF y de otras.
- Reducción de las pérdidas por sombreado. La reestructuración de las células solares IBC coloca el contacto metálico frontal en la parte trasera de la célula, eliminando la sombra causada por las barras colectoras. De este modo, la célula solar IBC aumenta la absorción efectiva de fotones, lo que se traduce en una reducción de las pérdidas de energía y otras ventajas.
- Reducción de la resistencia en serie. Las células solares IBC reducen la resistencia en serie de la célula con respecto a las células tradicionales de Al-BSF, al poder colocar contactos metálicos más grandes en la parte trasera de la célula, convirtiéndose en un factor clave para las aplicaciones CPV.
- Mayor potencia por metro cuadrado. Gracias a la mayor eficiencia de las células solares IBC, un panel solar IBC puede fabricarse sin espacio entre las células, lo que aumenta aún más la potencia por metro cuadrado de un solo módulo. Esto hace que la tecnología de células solares IBC sea más atractiva para aplicaciones con espacio limitado.
- Optimizaciones ópticas/eléctricas independientes. Dado que las células solares IBC reubican los contactos metálicos en la parte trasera, las optimizaciones ópticas y eléctricas de la célula están desacopladas, haciendo que cada optimización sea completamente independiente de la otra, lo que facilita a los investigadores la mejora de una u otra por separado.
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