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Célula Solar con Contacto Enterrado

La célula solar de contacto enterrado es una tecnología de células solares comerciales de alta eficiencia basada en un contacto de metal galvanizado dentro de una ranura formada por láser. La tecnología de contacto enterrado supera muchas de las desventajas asociadas con los contactos de serigrafía y esto permite que las células solares de contacto enterradas tengan un rendimiento hasta un 25% mejor que las células solares comerciales con serigrafía. En la figura siguiente se muestra un esquema de una célula solar de contacto enterrada.

Sección transversal célula solar de contacto enterrada con una ranura hecha con laser.

Una característica clave de alta eficiencia de la célula solar de contacto enterrado es que el metal está enterrado en una ranura formada por láser dentro de la célula solar de silicio. Esto permite una gran relación entre la altura del metal y su ancho. Una gran relación de contacto del metal, a su vez, permite que se use un gran volumen de metal en el dedo de contacto, sin tener una tira ancha de metal sobre la superficie superior. Por lo tanto, una alta relación de aspecto del metal permite un gran número de dedos metálicos estrechamente espaciados, al tiempo que conserva una alta transparencia. Por ejemplo, en un dispositivo de área grande, una célula solar serigrafiada puede tener pérdidas por sombreado de un 10 a 15%, mientras que en una estructura de contacto enterrado, las pérdidas por sombreado sólo serán del 2 al 3%. Estas bajas pérdidas por sombreado permiten una baja reflexión y por lo tanto obtienen mayores corrientes de cortocircuito.

Corte transversal de una ranura láser con una metalización parcial.

Además de buenas propiedades de reflexión, la tecnología de contacto enterrado también permite bajas pérdidas de resistencia parasitaria debido a su alta relación de aspecto del metal, su espaciado de dedos finos y su metal chapado para los contactos. Como se muestra en la página Resistencia del Emisor, la resistencia del emisor se reduce en una célula solar de contacto enterrado, ya que una separación de dedos más estrecha reduce drásticamente las pérdidas de resistencia del emisor. La resistencia de la malla metálica es también baja ya que la resistencia de los dedos se reduce por el gran volumen de metal en las ranuras y por el uso de cobre, que tiene una resistividad menor que la pasta metálica utilizada en la serigrafía. Además, la resistencia de contacto de una célula solar de contacto enterrado es menor que la de las células solares impresas por serigrafía debido a la formación de un siliciuro de níquel en la interfaz del semiconductor y el metal y la gran área de contacto del metal y silicio. En general, estas pérdidas resistivas reducidas permiten que las células solares de gran área con factor de llenados altos.

Cuando se compara con una célula con serigrafía, el esquema de metalización de una célula solar de contacto enterrado también mejora el emisor de la célula. Para minimizar las pérdidas resistivas, la región emisora de una célula solar impresa está muy dopada y da lugar a una capa "muerta" en la superficie de la célula solar. Puesto que las pérdidas del emisor son bajas en una estructura de contacto enterrada, el dopaje del emisor puede optimizarse para altas tensiones en circuito abierto y corrientes de cortocircuito. Además, una estructura de contacto enterrada incluye un emisor selectivo auto-alineado, que reduce de este modo la recombinación de contacto y también contribuye a altas tensiones en circuito abierto.

Las ventajas de eficiencia de la tecnología de contacto enterrado proporcionan beneficios significativos en cuanto al costo y al rendimiento. En términos de $ / W, el coste de una célula solar de contacto enterrada es el mismo que una célula solar impresa con serigrafía 1. Sin embargo, debido a la inclusión de ciertos costos relacionados con el área, así como los costos fijos en un sistema fotovoltaico, una tecnología de celdas solares de mayor eficiencia da como resultado una electricidad de menor costo. Una ventaja adicional de la tecnología de contacto enterrado es que se puede utilizar para sistemas de concentradores 2.

La secuencia de producción de células solares de contacto enterradas con ranura láser se muestra en la animación a continuación

Animación que muestra la fabricación de una célula solar de contacto enterrada. El grosor de la celda se amplía mucho para mayor claridad