El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) ha marcado un hito significativo al ser el primer instituto de investigación en Europa en adoptar de manera completa los wafers de silicio de gran tamaño en formato M10. Una célula solar TOPCon ha alcanzado de inmediato una eficiencia impresionante del 24%. Este logro fue presentado por primera vez en la 20ª reunión del Consejo de Tecnología Fotovoltaica del Fraunhofer ISE.
Tendencias en la Industria Fotovoltaica
En la industria fotovoltaica, la tendencia se inclina hacia el uso de células solares cada vez más grandes. En 2018, los wafers con una longitud de borde de 156,75 milímetros representaban el 80% del mercado. Hoy en día, el formato dominante es el wafer con una longitud de borde de 182 milímetros, conocido comercialmente como M10. Los módulos solares con celdas de gran formato no solo son superiores en términos de costos de producción, sino también en rendimiento y eficiencia. Por esta razón, las grandes empresas de energía fotovoltaica han dirigido sus inversiones hacia los wafers de gran tamaño.
Implementación y Éxito del Formato M10 en el Fraunhofer ISE
El Fraunhofer ISE ha completado exitosamente la transición al nuevo formato mediante la fabricación de células solares TOPCon en su centro de evaluación tecnológica PV-TEC.
Estamos muy contentos de poder apoyar a nuestros socios industriales en la optimización de su desarrollo tecnológico o en la entrada a la producción de estas células solares de gran formato.
Sabrina Lohmüller, subdirectora del departamento de células solares tándem de silicio y perovskita-silicio y responsable de gestión de calidad en PV-TEC
Desarrollo y Expansión de la Tecnología TOPCon
La arquitectura de células TOPCon de alta eficiencia fue desarrollada en el Fraunhofer ISE y presentada por primera vez en 2013 con un récord de eficiencia. En los últimos dos años, la capacidad de producción de células TOPCon se ha expandido significativamente a nivel mundial. Según la Hoja de Ruta Internacional de la Fotovoltaica publicada por el VDMA, en 2024 las células solares TOPCon representarán casi el 50% del mercado.
Presentación y Metas Futuras
La célula solar TOPCon de gran formato, presentada por primera vez ante representantes de la industria y financiadores en la reunión del Consejo de Tecnología Fotovoltaica, fue procesada completamente en el Fraunhofer ISE. La célula solar de aproximadamente 120 µm de grosor, fue metalizada con contactos impresos por serigrafía y calibrada en el Instituto de Investigación de Energía Solar en Hameln (CalTeC). Los científicos del Fraunhofer ISE también metalizan las células M10 con cobre depositado galvanicamente.
Lograr una eficiencia del 24% en el primer lote sugiere que con los próximos pasos de optimización superaremos el 25%. Además, estamos estableciendo las bases para nuestro objetivo a mediano plazo de alcanzar células solares tándem de silicio de gran tamaño, con un potencial de eficiencia de más del 30%.
Dr.-Ing. Ralf Preu, jefe del área de fotovoltaica en el Fraunhofer ISE
El Fraunhofer ISE continúa a la vanguardia en la investigación y desarrollo de tecnologías solares, con avances significativos en la eficiencia y producción de células solares de gran formato. Estos desarrollos no solo benefician a la industria fotovoltaica, sino que también contribuyen de manera significativa a la transición hacia fuentes de energía más sostenibles y eficientes.
¿Qué Son los Wafers en la Industria Fotovoltaica?
Los wafers son discos delgados de material semiconductor, típicamente silicio, que se utilizan como base para la fabricación de células solares y otros dispositivos electrónicos. En el contexto de la energía fotovoltaica, los wafers juegan un papel crucial en la conversión de la luz solar en electricidad.
Proceso de Fabricación de Wafers
- Purificación del Silicio: El proceso comienza con la purificación del silicio, un elemento abundante en la corteza terrestre. Este silicio se refina hasta alcanzar una alta pureza necesaria para aplicaciones electrónicas.
- Crecimiento del Cristal: El silicio purificado se funde y se forma en un único cristal mediante el método Czochralski o el método de crecimiento de cristales flotantes (Float Zone).
- Corte del Cristal: El cristal de silicio se corta en discos delgados, llamados wafers, utilizando sierras de precisión.
- Pulido y Tratamiento: Los wafers se pulen para obtener una superficie lisa y se someten a tratamientos químicos para eliminar cualquier impureza o defecto superficial.
Importancia de los Wafers en las Células Solares
- Base para la Célula Solar: Los wafers actúan como la base sobre la cual se construyen las células solares. Se dopan con impurezas específicas para crear una unión p-n, esencial para la generación de electricidad a partir de la luz solar.
- Eficiencia y Rendimiento: La calidad y el tamaño de los wafers influyen directamente en la eficiencia y el rendimiento de las células solares. Los wafers más grandes, como los de formato M10, permiten la fabricación de células solares con mayor superficie de captación de luz y, por lo tanto, una mayor generación de electricidad.
- Costo de Producción: El uso de wafers de gran tamaño puede reducir los costos de producción de los módulos solares debido a la optimización en los procesos de fabricación y el uso eficiente de materiales.
Evolución de los Wafers en la Industria
La industria fotovoltaica ha evolucionado hacia el uso de wafers de mayor tamaño para mejorar la eficiencia y reducir costos. Por ejemplo, mientras que en 2018 predominaban los wafers con una longitud de borde de 156,75 milímetros, actualmente el estándar es el formato M10, con una longitud de borde de 182 milímetros.
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