Para lograr una mayor eficiencia de conversión en células FV, es esencial aplicar capas de pasivación de alta calidad para reducir la recombinación en la superficie, siendo este un requisito fundamental para el desarrollo de células solares de alta eficiencia. Como la eficiencia de una célula está directamente relacionada con su factor de llenado (FF), altas tasas de recombinación, tanto en la masa como en la superficie, pueden limitar la tensión de circuito abierto (Voc) y disminuir el factor de llenado, resultando en una eficiencia reducida de las células solares.
En las células solares, la eficacia de la pasivación de superficie se observa en dos niveles: microscópicamente, por la reducción de la densidad de defectos y la disminución de la recombinación de interfaz, y macroscópicamente, por el aumento en la vida útil de los portadores minoritarios y el aumento de la tensión de circuito abierto (Voc).
A lo largo del desarrollo de las tecnologías de células solares, desde las primeras células BSF (Campo Posterior Pasivado) y PERC (Contacto Posterior Pasivado por Emisor) hasta las actuales tecnologías de tipo n TOPCon (Contacto Pasivado con Óxido de Túnel) y HJT (Heterounión), se hace evidente que la historia de las células solares está marcada por avances continuos en materiales y procesos de pasivación. Cada innovación y mejora en eficiencia está profundamente relacionada con la optimización de los materiales y técnicas de pasivación.
Las primeras células solares BSF fueron pasivadas con TiO₂ y, posteriormente, pasaron a utilizar SiNx para la pasivación, aunque solo en la parte frontal. Las células PERC, por otro lado, introdujeron pasivación posterior con Al₂O₃ y SiNx. Sin embargo, el proceso de metalización y eliminación con láser resultó en una pasivación parcial, en lugar de una cobertura total. Las células TOPCon, actualmente en producción masiva, utilizan estructuras de contacto pasivadas en la parte posterior con SiO₂ y polisilicio.
Las células HJT, por su parte, aprovechan las ventajas de las tecnologías anteriores, superando sus limitaciones al utilizar silicio amorfo como agente de pasivación, con cobertura total tanto en la parte posterior como en la frontal. Por esta razón, logran mejores efectos de pasivación y una Voc más alta. Entre las tecnologías de células solares, las células HJT se destacan por ofrecer la Voc más alta en producción masiva, superando un promedio de 753 mV, lo que las convierte en las más eficaces en pasivación entre todas las células FV de unión única.
Las capas de pasivación de las células fotovoltaicas reducen los defectos de superficie al formar enlaces Si-H en las uniones insaturadas de los átomos de la superficie del semiconductor. Una vez que todas las uniones de la superficie están saturadas, se reducen las pérdidas por recombinación de los portadores fotogenerados. Esto mejora la eficiencia de conversión fotoeléctrica y prolonga la vida útil de la célula. Sin embargo, los enlaces Si-H se rompen fácilmente por la exposición a los rayos UV, lo que lleva a una reducción en la pasivación y, en consecuencia, a una disminución en la eficiencia de conversión.
Este fenómeno, conocido como Degradación Inducida por UV (UVID), es especialmente pronunciado en células solares de alta eficiencia de tipo n, donde se obtiene una pasivación superior. Al igual que una porcelana blanca y limpia resalta más la suciedad que una gris, cuanto mejor es la pasivación, más perceptible es el impacto de la exposición a los rayos UV.
Sin herramientas, sin trabajo – Mitigando los efectos UV con películas de encapsulamiento
Como la tecnología de unión única más eficaz en términos de pasivación y eficiencia, las células HJT son más susceptibles a los efectos de la luz UV en la capa de pasivación en comparación con otras tecnologías. Para mitigar y eliminar este impacto, los científicos e ingenieros de la industria fotovoltaica suelen utilizar dos soluciones. La primera consiste en el uso de películas de encapsulamiento con corte de UV, que contienen agentes bloqueadores de UV y reducen la transmitancia de UV en el rango de 280–380 nm a aproximadamente 2%–15%, minimizando efectivamente la cantidad de UV que alcanza la superficie de la célula solar. Sin embargo, este enfoque también disminuye la energía de la luz incidente, lo que lleva a una menor eficiencia de transmisión (CTM) y a mayores pérdidas de potencia.
La segunda solución, que ha ganado atención, es el uso de películas de conversión descendente de UV. Estas películas pueden convertir ciertos longitudes de onda de la luz incidente en otros, sustituyendo los agentes bloqueadores de UV por agentes de conversión descendente en las películas de encapsulamiento.
El equipo de investigación de Risen Energy ha desarrollado películas de conversión de UV que reducen la transmitancia de UV en el rango de 280–380 nm a menos del 2%, manteniendo una alta transmitancia de luz visible. Más importante aún, estas películas convierten la luz UV en luz azul inofensiva. Este enfoque dual no solo protege las células contra daños causados por el UV, sino que también aprovecha la energía UV para aumentar la potencia del módulo, mejorando la confiabilidad y la eficiencia energética en más de un 1% en comparación con las películas de corte de UV.
Como dice el dicho, ‘Sin herramientas, sin trabajo.’ La verdadera maestría radica en saber utilizar la herramienta de manera eficaz. La película de conversión descendente de UV es comparable a una ‘herramienta de precisión’, que además de reducir efectivamente los daños por UV en células solares de alta eficiencia, también aumenta la potencia del módulo. Sin embargo, dominar el uso de esta herramienta es esencial para aprovechar todo su potencial.
Dominio en la Aplicación de Películas de Encapsulamiento con Conversión Descendente de UV
En investigaciones y desarrollos para aplicaciones prácticas, los investigadores de Risen Energy han descubierto que la concentración del agente de conversión descendente de luz desempeña un papel crucial en la estabilidad de las películas de encapsulamiento. Si la concentración cae por debajo de un cierto límite, el material se degrada con el tiempo bajo la exposición acumulada a los rayos UV, aumentando la transmitancia de UV.
Figura 1 – Variación de la transmitancia UV de la película de encapsulamiento con la exposición acumulada a UV
Después de extensas pruebas y desarrollo, Risen Energy, en colaboración con proveedores, ha desarrollado un encapsulante de conversión descendente de UV altamente estable (como se muestra en la Figura 1). Tras rigurosas pruebas UV120, el encapsulante mantuvo una transmitancia UV consistentemente baja, demostrando alta estabilidad.
Además de los requisitos técnicos para la propia película de encapsulamiento, configurar una lista de materiales (BOM) ideal para los materiales de encapsulamiento también es esencial para aprovechar todo su potencial. Al ser una célula simétrica, con una bifacialidad naturalmente superior al 95%, las células HJT, cuando se encapsulan en módulos, aún pueden alcanzar una bifacialidad superior al 85%.
En plantas de energía, el alto factor de bifacialidad de los módulos HJT contribuye significativamente a una mayor generación de energía. Considerando que el lado trasero también genera energía, es necesario abordar el impacto del UV en el lado trasero del módulo al utilizar la película de conversión descendente de UV en la parte frontal. A través de extensivas pruebas e innovaciones, los investigadores de Risen Energy han desarrollado una solución innovadora, creando una película de encapsulamiento que protege efectivamente el lado trasero de las células solares HJT.
El desarrollo y la exitosa aplicación de la solución de conversión descendente de UV de Risen Energy han reducido las pérdidas de potencia derivadas del encapsulamiento con películas de corte alto, aumentando la salida de potencia de los módulos HJT en aproximadamente 10W.
Además, esta solución ofrece ventajas exclusivas en la confiabilidad de los módulos, minimizando significativamente los efectos de los rayos UV en las células solares HJT y garantizando estabilidad a largo plazo en ambientes exteriores, con menor degradación. Al redefinir y optimizar el uso de materiales de conversión descendente de UV, los científicos e ingenieros de Risen Energy han transformado la tecnología de películas de encapsulamiento con conversión descendente de UV en una solución de aplicación estable y eficiente, elevando los productos HJT de Risen de ‘Hyper-ion’ a ‘Hyper-ion Pro’
Avanzando en la Transición hacia la Energía Verde
Como líder global en productos y soluciones fotovoltaicas, Risen Energy se ha comprometido durante mucho tiempo con la investigación, el desarrollo y la producción en masa de la tecnología y productos HJT. Los módulos Hyper-ion HJT integran años de logros en I+D y son los primeros en la industria en alcanzar la producción en masa de células 0BB, wafers y células ultrafinas, pasta de metalización con un consumo de plata inferior a 6 mg/W y tecnología de interconexión sin estrés, llamada Hyper-link, que desempeña un papel destacado en la producción en masa de la tecnología HJT.
En el desarrollo de esta solución de conversión descendente de UV, Risen Energy ha redefinido los materiales de conversión descendente de UV e innovado la metodología de aplicación, convirtiendo la tecnología de conversión descendente de UV en una solución estable y eficiente. Creemos que esto representa un nuevo hito para toda la industria fotovoltaica.
Ante las metas de «doble carbono» y la transición global hacia la energía verde, Risen Energy asume su responsabilidad social e invierte activamente en el desarrollo e innovación de tecnologías de energía limpia. Con un amplio conocimiento técnico y un espíritu innovador, la empresa continúa impulsando el progreso de la industria. A medida que el valor de la tecnología de heterounión (HJT) se vuelve cada vez más evidente y los avances son constantes tanto en HJT como en las tecnologías de encapsulamiento asociadas, estos productos HJT de alta eficiencia y bajo carbono están preparados para contribuir significativamente a la transición energética global y a la protección ambiental. Además, aportan nuevas perspectivas y fortalecen el desarrollo sostenible de la industria fotovoltaica global.
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