El diseño del contacto superior implica no sólo la minimización de la resistencia del dedo y barra, sino la reducción global de las pérdidas asociadas con el contacto superior. Estos incluyen pérdidas resistivas en el emisor, pérdidas resistivas en el contacto superior metálico y pérdidas por sombreado. Las características críticas del diseño de contacto superior que determinan la magnitud de estas pérdidas, son el espaciamiento de los dedos y de las barras, la relación entre altura/anchura del metal, la anchura mínima de la línea metálica y la resistividad del metal. Estos se muestran en la siguiente figura.
Características claves de un esquema de los contacto con la superficie superior.
Impacto del espaciado de los dedos en la resistencia del emisor
Un factor importante en el diseño de los contactos superiores es el de las pérdidas resistivas en el emisor. Como se muestra en la página Resistencia del Emisor, la pérdida de potencia del emisor depende del cubo de la separación de línea, y por lo tanto, una corta distancia entre los dedos es deseable para una baja resistencia del emisor.
Resistencia de la Malla
La resistencia de la malla está determinada por la resistividad del metal utilizado para hacer el contacto metálico, el patrón de la metalización y la relación del esquema de metalización. En las células solares son deseables una baja resistividad y una alta relación entre altura-anchura del metal, pero en la práctica están limitadas por la tecnología de fabricación utilizada para fabricar la célula solar.
Pérdidas por Sombreado
Las pérdidas de sombreado son causadas por la presencia de metal en la superficie superior de la célula solar que impide que la luz entre en la célula solar. Las pérdidas de sombreado se determinan por la transparencia de la superficie superior, que para una superficie superior plana se define como la fracción de la superficie superior cubierta por metal. La transparencia está determinada por el ancho de las líneas metálicas en la superficie y por la separación de las líneas metálicas. Una limitación práctica importante es el ancho de línea mínimo asociado con una tecnología de metalización particular. Para transparencias idénticas, una tecnología de anchura de líneas estrechas puede tener un espaciado de dedos más estrecho, reduciendo así las pérdidas de resistencia del emisor.
Reglas de Diseño
Aunque existe una multitud de esquemas de contacto superiores, por razones prácticas la mayoría de los patrones de metalización de la superficie superior son relativamente sencillos y altamente simétricos. Un esquema de contacto simétrico puede desglosarse en celdas unitarias y se pueden determinar varias reglas de diseño amplias. Se puede demostrar 1 que:
- La anchura óptima de la barra colectora, WB, se produce cuando la pérdida resistiva en la barra colectora es igual a su pérdida por sombreado;
- Una barra colectora cónica tiene pérdidas más bajas que una barra colectora de ancho constante; y
- Cuanto menor es la celda unitaria, menor es la anchura de dedo, WF, menor es la separación de los dedos, S, y menores son las pérdidas.
Esquema de un diseño de contacto superior que muestra barras y dedos 1.
Un programa para diseñar y desarrollar el patrón de la malla de la superficie frontal está disponible en la calculadora de la malla de metal PV Lighthouse Metal Grid Calculator
- 1. a. b. , «Optimizing Solar Cell Performance by Simultaneous Consideration of Grid Pattern Design and Interconnect Configurations», 13th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. Washington, D.C., USA, pp. 1-8, 1978.
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