Al producir células solares de silicio, es importante tener un alto rendimiento. Esto reduce los costos de producción y alivia los cuellos de botella en el suministro a medida que se implementan más instalaciones fotovoltaicas en Alemania y en todo el mundo. Encabezado por el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE, un consorcio de fabricantes de plantas, empresas de metrología e instituciones de investigación han presentado una prueba de concepto para una línea de producción innovadora con un rendimiento de 15 000 a 20 000 obleas por hora para responder a esta necesidad. . Esto representa el doble del rendimiento habitual y se debe a las mejoras en varios pasos individuales del proceso.

En la octava Conferencia Mundial sobre Conversión de Energía Fotovoltaica de esta semana en Milán, Italia, se presentarán los resultados detallados del proyecto de investigación.

"En 2021, el 78 % de todas las células solares de silicio se produjeron en China", explica el Dr.-Ing. Ralf Preu, director de división de tecnología de producción fotovoltaica en Fraunhofer ISE. "Para implementar más instalaciones solares lo más rápido posible y hacer que nuestras cadenas de suministro sean más sólidas, Europa debe restablecer sus propios centros de producción de células solares de alta eficiencia. Al aumentar el rendimiento y hacer que la tecnología de producción sea más eficiente en el uso de los recursos, puede reducir los costos considerablemente y desbloquear el potencial de sustentabilidad que podremos aprovechar gracias al conocimiento del proceso y la excelencia en ingeniería".

Nuevos conceptos para la producción de células solares de silicio

El consorcio investigó cada etapa de la producción de células solares de silicio de alta eficiencia para optimizar todo el proceso. Varios pasos del proceso requirieron nuevos desarrollos. "Para algunos procesos, los flujos de trabajo de producción establecidos debían acelerarse, otros procesos debían reinventarse desde cero", explica el Dr. Florian Clement, gerente de proyectos en Fraunhofer ISE. "En comparación con los números que vemos actualmente, los sistemas de producción desarrollados dentro del alcance del proyecto logran al menos el doble de rendimiento".

Uno de los nuevos desarrollos vio a los investigadores implementar un nuevo equipo láser sobre la marcha que procesa continuamente las obleas a medida que se mueven a alta velocidad bajo el escáner láser. Para la metalización de las células solares, el consorcio introdujo la serigrafía rotativa en lugar del proceso estándar actual, la serigrafía plana.

Difusión de pila y oxidación

Las células solares requieren secciones dopadas de manera diferente, por ejemplo, donde se encuentran la capa de silicio y los contactos metálicos. Los investigadores de Fraunhofer ISE integraron el proceso de difusión utilizado en este contexto y la oxidación térmica de las obleas en un solo paso del proceso.

Las obleas ya no se colocan individualmente, sino que se apilan unas encima de otras para ser procesadas en el horno. Como resultado, el proceso de oxidación crea el perfil de dopaje final y logra la pasivación de la superficie al mismo tiempo que aumenta el rendimiento del proceso en un factor de 2,4.

Procesos de horno en línea más rápidos

Siguiendo la huella del electrodo en las células solares, el contacto de los electrodos con la célula solar de silicio se forma en ambos lados en hornos en línea. Los hornos estándar habrían requerido una cámara de calentamiento significativamente más grande para aumentar el rendimiento en esta etapa.

En su lugar, el consorcio del proyecto instaló una velocidad de cinta tres veces mayor en el horno y comparó la calidad de las células solares sinterizadas con el estándar actual. Pudieron aumentar significativamente el rendimiento sin comprometer la eficiencia de las células solares.

Pruebas sin contacto y análisis de defectos

Para la caracterización de las células solares completas, el consorcio ideó dos conceptos. Se implementaron un método sin contacto y un método que usa contactos deslizantes para permitir que futuras líneas de producción prueben las células más rápido.

Esto hace posible mantener una velocidad continua de 1,9 metros por segundo mientras se miden las celdas, y el equipo demostró una gran precisión de medición para ambos conceptos. Se ha presentado una patente para el método sin contacto. + Explora más

La célula solar con contacto en ambos lados establece un nuevo récord mundial de eficiencia del 26 %