Módulos fotovoltaicos Canadian Solar tipo N Topcon
Establecido en 2005, Ginlong (Solis) es uno de los fabricantes de inversores on-grid solares más grandes y experimentados del mercado, enfocándose primordialmente en la fabricación de inversores on-grid para diversas aplicaciones y mercados internacionales.
Canadian Solar fue una de las primeras empresas en introducir tecnologías de celdas y módulos fotovoltaicos que más adelante se convirtieron en dominantes del sector, como los módulos bifaciales en 2010 , módulos con obleas de formato más grande (hasta 210 mm) y, en la actualidad, módulos y celda de alta eficiencia de tipo N. CSI Solar lleva desarrollando tecnologías de tipo N TOPCon (contactos pasivados con óxido de túnel) desde 2019 y ahora va a lanzar una cartera diversificada de módulos TOPCon que abarca tanto celda s de 182 mm como de 210 mm, encapsulación de vidrio simple y vidrio doble y diversas dimensiones y salidas de potencia de módulos para cumplir diferentes escenarios de aplicación.
El silicio de tipo N es un tipo de material semiconductor que presenta características de dopaje distintas a las del silicio de tipo p, que es más comúnmente utilizado. El silicio de tipo N ofrece varias ventajas, como una menor sensibilidad a la degradación inducida por la luz (conocida como LID por sus siglas en inglés) y mejores coeficientes de temperatura, lo que se traduce en un rendimiento y durabilidad superiores.
Por otro lado, la tecnología TopCon emplea una capa delgada de óxido de silicio para pasivar la superficie de la celda solar, con lo que reduce la recombinación de portadores y mejora la eficiencia global. Esta tecnología ayuda a conseguir una mayor eficiencia en la conversión de energía al minimizar las pérdidas de energía.
Cuando se combinan con obleas de silicio tipo N, el límite superior estimado de eficiencia de las celda s TOPCon es del 28,7 %, una cifra superior a la de las PERC, que se situaría en torno al 24,5 %. La fabricación de TOPCon es compatible con las líneas de producción actuales de las PERC, lo que resulta en una combinación favorable de menores costes de fabricación y una mayor eficiencia de los módulos. En los próximos años, se espera que TOPCon se convierta en la tecnología de celda s dominante del mercado.
Construcción de celda s solares
Una celda fotovoltaica se compone fundamentalmente de dos capas: una capa base y una superior. El boro o el galio son los elementos utilizados en el dopaje de tipo p. Cada uno de los orbitales exteriores de estos elementos contiene tres electrones. Estos crean “agujeros” en la banda de valencia de los átomos de silicio cuando se incorporan a la red de silicio. Como consecuencia, los electrones de la banda de valencia se vuelven móviles y los agujeros migran en dirección opuesta a los electrones. Solo las cargas positivas pueden moverse, ya que el dopante está incrustado en la red cristalina. Estos semiconductores se denominan “tipo p” (o “conductores tipo p” o “dopados tipo p”) debido a la presencia de agujeros positivos.
Las celda s solares tipo N tienen una estructura ligeramente distinta a las celda s solares tipo p tradicionales. La principal diferencia radica en el dopaje del material semiconductor utilizado en la celda .
A continuación ofrecemos un resumen del proceso de construcción de una celda solar tipo n:
- Sustrato: la celda solar comienza con un sustrato, que suele ser una fina oblea de silicio monocristalino o multicristalino de gran pureza.
- Dopante de tipo N: la cara frontal del sustrato se dopa con un dopante de tipo N como el fósforo, lo cual introduce electrones adicionales en la red de silicio y crea un exceso de portadores cargados negativamente.
- Revestimiento antirreflectante: en la superficie frontal de la celda se deposita una fina capa de un revestimiento antirreflectante, como el nitruro de silicio (SiNx). Este revestimiento reduce las pérdidas de reflexión y aumenta la absorción de luz.
- Contactos metálicos frontales: Los contactos metálicos, normalmente hechos de plata o pasta de plata/aluminio, se aplican a la superficie frontal para la recolección de los electrones generados cuando la luz solar incide en la celda . Estos contactos están dispuestos en forma de rejilla para maximizar el área de recolección.
- Capa de pasivación: se aplica una capa de pasivación a la superficie frontal para reducir la recombinación de portadores de carga. Esta capa suele ser de óxido de silicio (SiOx) o una combinación de óxido de silicio y nitruro de silicio.
- Contactos metálicos posteriores: en la superficie posterior de la celda se aplica un contacto metálico para la recolección de los portadores de carga positivos (agujeros ) creados durante el funcionamiento de la celda Este contacto posterior puede ser una capa de aluminio de área completa o un diseño estampado.
- Campo de superficie posterior: para mejorar aún más el rendimiento de la celda , puede incluirse una capa adicional conocida como campo de superficie posterior (BSF por sus siglas en inglés). Esta capa, que normalmente está hecha de silicio muy dopado, ayuda a crear un gradiente en el campo eléctrico, lo que facilita la recolección eficiente de portadores de carga.
Cabe destacar que los detalles exactos de la construcción pueden diferir entre fabricantes y diseños específicos de celda s. La descripción anterior proporciona un esquema del proceso de construcción de celda s solares tipo n.
Estructura de las celda s fotovoltaicas Topcon y Hetrojunction tipo N
La estructura es compatible tanto con obleas tipo p como tipo n y, en teoría, puede aplicarse a cualquiera de las dos caras de la oblea. Sin embargo, cuando se utiliza policristalino dopado en la cara frontal, se producen mayores pérdidas por absorción, ya que el polisilicio tiene una brecha de banda similar a la del silicio cristalino. Aunque existen maneras de evitar las pérdidas por absorción no deseada, estas no son todavía adecuadas para la producción, ya que requieren procedimientos de enmascaramiento y grabado intrincados. Como consecuencia, el término “contactos pasivados” se utiliza principalmente en el sector para referirse a la ingeniería inversa.
Por este motivo, la mayor parte del sector sigue utilizando contactos pasivados en la parte posterior de las obleas tipo n pese a que los investigadores también están trabajando en celda s de contacto pasivado tipo p. Uno de ellos es el Instituto alemán de Investigación en Energía Solar (ISFH), que recientemente ha presentado su procedimiento.
Las celda s solares de heterounión combinan dos tecnologías diferentes en una sola celda : celda de silicio cristalino intercalada entre dos capas de silicio amorfo de “capa fina”. Gracias a ello es posible aumentar la eficiencia de los paneles y recolectar más energía fácilmente en comparación con los paneles solares de silicio convencionales. El tipo de panel solar más común se fabrica con silicio cristalino, ya sea monocristalino o policristalino. A diferencia de este último , el silicio amorfo es de capa fina y no tiene una estructura cristalina regular. En cambio, los átomos de silicio están dispuestos de manera aleatoria. Como resultado, la fabricación de este tipo de celda solar es menos costosa.
Este menor coste y la flexibilidad en los tipos de materiales sobre los que se puede depositar el silicio amorfo son dos ventajas importantes. En las celda s solares de heterounión, a una oblea de silicio cristalino convencional se le deposita silicio amorfo en las superficies frontal y posterior, lo que da lugar a un par de capas de película solar fina que absorben fotones adicionales que, de otro modo, no captaría la oblea de silicio cristalino central. El concepto de producción HJT lo desarrolló SANYO Electric en la década de 1980 (SANYO fue adquirida por Panasonic en 2009). SANYO fue la primera empresa en fabricar celda s solares hechas de silicio amorfo. La tecnología solar de heterounión aprovecha esta ventaja al construir un panel solar a partir de tres capas diferentes de material fotovoltaico.
Las capas superior e inferior están formadas por celda s solares amorfas de película fina, mientras que la capa intermedia es una celda solar cristalina. El silicio de capa fina de la parte superior capta parte de la luz solar antes de que incida en la capa cristalina y también parte de la luz solar que se refleja en las capas inferiores. Es muy fina, por lo que gran parte de la luz solar la atraviesa y, la que pasa por el medio, es decir, por la capa cristalina, es absorbida por la capa amorfa fina que hay debajo. Al construir un panel a partir de una intercalación de tres capas fotovoltaicas diferentes, un panel solar de heterounión puede alcanzar una eficiencia del 21 % o superior, lo que es comparable a los paneles que utilizan diferentes tecnologías para lograr un alto rendimiento.
Comparación entre módulos PERC, Topcon y de heterounión
Author: Ahmad Al Azzam, Technical Support Jordan
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