Desbloqueando la clave para la producción en masa de 730W: El papel revolucionario de los materiales-objetivo de alta movilidad
El 15 de octubre de 2024, Risen Energy anunció el lanzamiento de los módulos HJT Hyper-ion Pro, con ultra altas potencias de más de 730Wp+. A diferencia de los registros de laboratorio o los benchmarks de eficiencia que a menudo se destacan en la industria, este anuncio enfatiza el "poder de producción en masa". Alcanzar un poder de producción en masa de más de 730Wp depende de avances en la eficiencia de las células asociados a la aplicación optimizada de nuevos materiales y tecnologías de encapsulamiento. Entre estos, los avances más cruciales son el desarrollo y la aplicación de materiales-objetivo de alta movilidad, impresión serigráfica con pantalla de esténcil completamente abierta y tecnologías de película de encapsulado con conversión descendente UV. Este artículo explora el papel crucial del material-objetivo de alta movilidad para alcanzar la capacidad de 730Wp.
¿Qué son los materiales-objetivo?
Los materiales-objetivo para pulverización son fundamentales en la ciencia de materiales y en la fabricación de semiconductores, ya que se utilizan en el proceso de deposición de capas. Haces de iones de alta velocidad bombardean los materiales-objetivo, haciendo que los átomos se pulvericen y se depositen en un sustrato, formando una película delgada (Figura 1). La selección del material-objetivo tiene una influencia decisiva en el rendimiento de la película depositada.
Figura 1: Depósito de película mediante pulverización de material-objetivo
Las células HJT tienen como capa de cubierta la película TCO (Óxido Conductor Transparente), que se deposita utilizando material-objetivo (Figura 2). La selección del material y del proceso para producir la película TCO es crítica para alcanzar alta eficiencia en las células HJT.
Figura 2: Estructura de la célula HJT
¿Por qué usar TCO?
Comparado con las células de silicio cristalino tradicionales BSF, PERC y TOPCon, una diferencia significativa de las células HJT es la baja conductividad del emisor (es decir, α-Si: H). Debido a esta característica, recolectar corriente solo a través de líneas de rejilla metálicas en las superficies frontal y trasera de las células solares es insuficiente. Por eso, se vuelve importante para estas células la cobertura con película TCO, que posee tanto conductividad como transparencia y puede ser usada en muchas ocasiones, especialmente en el campo de los dispositivos optoelectrónicos. En las células solares HJT, el filme TCO se aplica en la capa más externa de la estructura de la célula. Puede soportar conductividad, transmitancia de luz y antirreflejo (Figura 2).
¿Por qué es necesaria alta movilidad?
Considerando el doble papel del TCO, al proporcionar conductividad y transmisión de luz para células HJT, la película TCO debe poseer propiedades eléctricas y ópticas adecuadas, que son interdependientes y deben ser optimizadas simultáneamente para maximizar la eficiencia de la célula. Por lo tanto, la película TCO utilizada en células HJT requiere las siguientes propiedades:
Baja resistividad;
Alta transmitancia;
Capacidad de crecimiento a baja temperatura.
Actualmente, la mayoría de las investigaciones sobre la mejora de la eficiencia de las células HJT se concentra en reducir la resistividad del filme TCO. Pero, ¿cómo se correlacionan la baja resistividad y la alta movilidad? La relación entre resistividad, concentración de portadores libres y movilidad puede describirse mediante la siguiente ecuación:
--------------------------- Ecuación 1
Donde ρ representa la resistividad, q representa la carga del electrón, N es la concentración de portadores libres, y μ es la movilidad de los portadores. Esta fórmula revela que, para alcanzar una baja resistividad (ρ), es viable aumentar la concentración de portadores libres (N) o mejorar la movilidad de los portadores (μ). Sin embargo, aumentar excesivamente la concentración de portadores puede llevar a una mayor absorción de luz visible dentro de la película TCO, reduciendo la transmitancia y, así, afectando negativamente la eficiencia de la célula. Por lo tanto, los investigadores e ingenieros se enfocan principalmente en optimizar la movilidad de los portadores de la película TCO en vez de maximizar su concentración de portadores. Consecuentemente, la reducción de la resistividad no se logra solo mediante el aumento de la concentración de portadores, sino maximizando la movilidad de los portadores.
Desde otra perspectiva, las células solares realizan la conversión fotovoltaica absorbiendo la luz solar y convirtiéndola en energía eléctrica. En el espectro solar (300–2500 nm), la luz visible (400–760 nm) representa el 43% de la energía disponible, mientras que el rango ultravioleta (300–400 nm) contribuye con el 5% y, a su vez, el rango de longitudes de onda mayores, cercanas al infrarrojo (760–2500 nm), contribuye con el 52%. Los filmes TCO convencionales tienen alta reflectancia infrarroja, disminuyendo el aprovechamiento de la luz solar en ese rango. Mejorar la transmitancia del filme TCO en el rango del infrarrojo puede, por lo tanto, aumentar la eficiencia de las células solares. Se mejora la transmitancia de la luz en este rango al reducir la concentración de portadores, pero, por otro lado, esto puede aumentar la resistividad del TCO según la Ecuación 1. De esta forma, el desarrollo de materiales y procesos TCO se enfoca en reducir la concentración de portadores mientras maximiza la movilidad. Esto permite que el TCO mantenga una buena conductividad mientras logra alta transmitancia en todo el espectro visible hasta el cercano infrarrojo, aumentando así la eficiencia de conversión de la célula HJT.
Pesquisa e Desenvolvimento da Risen Energy e Aplicação de Materiais-Alvo de Alta Mobilidade em Células Solares HJT Hyper-ion
1.Investigación y Desarrollo de Risen Energy y Aplicación de Materiales-Objetivo de Alta Movilidad en Células Solares HJT Hyper-ion
Durante el desarrollo de materiales-objetivo de alta movilidad, al controlar precisamente la composición del material y los parámetros del proceso, Risen Energy aumentó la movilidad de los portadores en hasta un 29,11% (Figura 3). Este avance aumentó la eficiencia de la conversión fotoeléctrica de las células solares HJT de alta eficiencia en un 0,05%. Al reducir la concentración de portadores sin comprometer las propiedades eléctricas, la absorción de luz en el filme se minimiza, permitiendo que más energía luminosa sea convertida en electricidad y mejorando la eficiencia de la conversión (Figura 4).
Figura 3: Cambios en la resistencia y concentración de portadores de carga en la capa TCO
Figura 4: Mejora en la eficiencia de la célula
2.Aumento de la Transmitancia en la franja cercana al Infrarrojo y Mejora del Rendimiento EQE
Las células HJT que incorporan materiales-objetivo de alta movilidad demuestran una Eficiencia Cuántica Externa (EQE) superior. El rendimiento EQE es más alto en todo el espectro visible hasta el cercano infrarrojo, comparado con la línea base, y ligeramente inferior en la franja ultravioleta, aumentando efectivamente la eficiencia general de la célula solar.
Figura 5: Efecto en la Eficiencia Cuántica Externa
Perspectivas para la Tecnología de Película TCO en Células HJT
Científicos han trazado un camino claro para la optimización de películas TCO, enfocándose en alcanzar escalabilidad de bajo costo en la producción en masa. Algunas soluciones técnicas ya han sido implementadas en la producción comercial de HJT, mientras que otras aún están en desarrollo. Inicialmente, materiales y estructuras idénticos eran usados para las películas TCO en ambos lados de las células solares HJT. No obstante, a medida que la tecnología ha progresado, especialmente en las células solares HJT de unión trasera mainstream, ahora es posible usar composiciones de materiales diferentes para las películas TCO frontales y traseras para satisfacer requisitos de desempeño distintos. Además, las películas TCO de capa única tradicionales a menudo luchan para alcanzar propiedades ópticas, eléctricas y de contacto interfacial ideales. Así, estructuras de TCO de capa doble o incluso múltiple han emergido como estrategias efectivas para mejorar aún más la eficiencia de las células solares HJT (Figura 6), y estas ahora están siendo aplicadas en la producción comercial en masa.
Figura 6: Esquema de la película de TCO multicapas en células HJT Fuente: “Perovskite/Si Heterojunction Tandem Solar Cells” (Wenzhong Shen)
La investigación dedicada y la innovación en tecnología de células HJT de Risen Energy, particularmente en el desarrollo y aplicación de materiales-objetivo de alta movilidad, han contribuido significativamente al crecimiento de la empresa y al avance de la industria fotovoltaica global. Avanzando, Risen Energy continuará abrazando la innovación, liderando los avances tecnológicos en la industria y apoyando la adopción generalizada de energía renovable, construyendo un futuro sostenible y verde.
