El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) de Alemania ha propuesto el uso de obleas de silicio tipo p cultivadas epitaxialmente en células solares de emisor trasero TOPCon (TOPCore), que combinan la tecnología de contacto pasivado de óxido de túnel (TOPCon) con un emisor trasero en lugar de una unión pn frontal.
Las obleas de tipo p cultivadas epitaxialmente, también denominadas «EpiWafers», ofrecen un material de bajo coste y bajas emisiones de carbono para las células solares, proporcionando voltajes y factores de llenado superiores en comparación con las células con un emisor colector en la cara frontal.
Las obleas de tipo p cultivadas epitaxialmente, también llamadas «EpiWafers», ofrecen un material de bajo coste y bajas emisiones de carbono para células solares, proporcionando mayores voltajes y factores de llenado en comparación con las células con un emisor colector frontal.
Los científicos cultivaron obleas de Cz-Si de tipo p con una resistividad de 2,5 Ω cm y un diámetro de 150 mm mediante un reactor discontinuo de deposición química en fase vapor (CVD) a presión atmosférica. A continuación, limpiaron químicamente y pasivaron las obleas con una capa de pasivación superficial de óxido de aluminio (Al2O3) depositada mediante deposición de capas atómicas (ALD) asistida por plasma a 180 ºC durante 78 ciclos, lo que dio lugar a capas de 10 nm de espesor en ambas caras.
«El conjunto de muestras resultante consta de obleas EpiRef con un grosor final de 110 μm y tres resistividades de base diferentes de 3, 14 y 100 Ω cm», señalaron.
Aplicando un diseño de rejilla de dedo frontal a todas las obleas EpiRef, el equipo observó que cada uno de los tres dispositivos podría alcanzar potencialmente una eficiencia de conversión de potencia superior al 25%. También observaron que la presencia de defectos de hierro (Fe), monoboruro de cromo (CrB) y boro (BO) en las obleas EpiWafers no afectaba negativamente al rendimiento de la célula, lo que demuestra la alta calidad y pureza de las obleas cultivadas epitaxialmente.
«En nuestro caso, estos defectos estructurales, originados por el crecimiento epitaxial, pueden evitarse utilizando otro diseño de susceptor», afirman los académicos. «Las zonas libres de defectos estructurales conservan su excelente calidad material durante el procesamiento a alta temperatura».
Presentaron la novedosa técnica de fabricación en «Epitaxially Grown p-type Silicon Wafers Ready for Cell Efficiencies Exceeding 25%» (Obleas de silicio tipo p cultivadas epitaxialmente listas para una eficiencia celular superior al 25%), publicado recientemente en RRL Solar.
En abril de 2021, Fraunhofer ISE afirmó haber logrado una eficiencia del 26,1% para una célula solar TOPCore.
«Sobre la base de un análisis sistemático basado en la simulación, pudimos derivar algunas reglas de diseño fundamentales para futuras células solares de silicio de alta eficiencia por encima del 26% de eficiencia», dijo entonces Stefan Glunz, director de división de investigación fotovoltaica en Fraunhofer ISE. «Las células solares con contacto en ambas caras tienen potencial para alcanzar eficiencias de hasta el 27% y superar así el anterior récord mundial de células solares de silicio».
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