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Célula Solar de Alta Eficiencia

Las células de alta eficiencia cuestan mucho más para su producción que las células de silicio estándar y se utilizan normalmente en coches solares o aplicaciones espaciales.

Solar Car

El sueño de Honda, el coche ganador en el Mundial de 1996 Solar Challenge. Las celdas hechas a la medida para el coche son más del 20% eficientes. (Fotografía PVSRC))

Algunas de las técnicas y características de diseño utilizadas en la fabricación de células solares de silicio para producir las mayores eficiencias posibles incluyen:

  1. Emisores ligeramente difundidos de fósforo, para minimizar las pérdidas de recombinación y evitar la existencia de una "capa muerta" en la superficie celular;
  2. Líneas metálicas estrechamente espaciadas, para minimizar las pérdidas de potencia resistivas laterales del emisor;
  3. Líneas de metal muy finas, típicamente menores de 20 μm de ancho, para minimizar las pérdidas de sombreado;
  4. Superficies pulidas o dobladas para permitir el modelado de la malla metálica superior por fotolitografía;
  5. Dispositivos de área pequeña y buenas conductividades metálicas, para minimizar las pérdidas resistivas en la malla metálica;
  6. Áreas de bajo contacto del metal y alto dopado en la superficie del silicio bajo el contacto metálico para minimizar la recombinación;
  7. Uso de elaborados esquemas de metalización, tales como titanio / paladio / plata, que dan muy bajas resistencias de contacto;
  8. Buena pasivación de la superficie trasera, para reducir la recombinación;
  9. El uso de recubrimientos anti-reflexión, que puede reducir la reflexión de la superficie del 30% a muy por debajo del 10%.

Existen varios diseños de celdas en laboratorios que incorporan características avanzadas. Dos enfoques que han sido utilizados por nichos de mercado como los coches solares son las células PERL producido en la Universidad de Nueva Gales del Sur, y las células de contacto trasero desarrollado en la Universidad de Stanford y SunPower..

Células solares PERL

El emisor pasivado con célula trasera localmente difundida (PERL) utiliza técnicas microelectrónicas para producir células con eficiencias que se aproximan al 25% bajo el espectro AM1.5 estándar. El emisor pasivado se refiere al óxido de alta calidad en la superficie frontal que reduce significativamente el número de portadores que se recombinan en la superficie. La parte trasera se difunde localmente sólo en los contactos metálicos para minimizar la recombinación en la parte trasera, manteniendo al mismo tiempo un buen contacto eléctrico.

 Esquema de celdas de laboratorio de alta eficiencia.

Imagen de microscopio electrónico de la superficie superior de una célula PERL que muestra un dedo electroplantado roto. La anchura total del dedo es menor que 20 μm y la anchura del contacto es >3 μm..

Aunque es costoso fabricar, es posible producir células con eficacias muy altas. La celda para un coche solar tenía las características siguientes:

Superficie: 22 cm2
Eficiencia: 23.5%
Voc: 703 mV
Isc: 914 mA
Jsc: 41.3 mA
Vmp: 600 mV
FF: 0.81
Imp: 868 mA

PERL IV curve

Curva IV para una célula de un coche solar.