Una empresa alemana presenta la célula solar TOPCon de contacto posterior «autoalineado»

EnPV GmbH, filial del proveedor de energía alemán EnBW Energie Baden-Württemberg AG, ha presentado una célula solar basada en la tecnología de contacto pasivado de óxido de túnel tipo n (TOPcon) y un nuevo tipo de arquitectura de contacto posterior, que se describe como tecnología de contacto posterior autoalineado (SABC, por sus iniciales en inglés).

«Las células solares comunes de contacto posterior interdigitado (IBC) requieren un patrón interdigitado que no es homogéneo por naturaleza y necesitan proteger partes de la superficie posterior de la oblea durante algunos de los pasos de la fabricación», declaró a pv magazine el director general de EnPV, Massimo Centazzo. «Nuestra fabricación de células SABC evita el enmascaramiento para estructurar la superficie posterior y, al utilizar en su lugar la estructuración por láser, gestiona el aislamiento de fase sin ningún paso adicional del proceso dedicado».

Centazzo explicó que el aislamiento de fase consiste en aislar «de forma fiable» la fase p y la fase n entre sí a través de un subproducto de otros pasos del proceso, lo que explica por qué es «autoalineable».

«El uso de ambas técnicas, los procesos láser para la estructuración y el aislamiento de fase autoalineado, conduce a una simplificación drástica del proceso de fabricación en comparación con cualquier otro proceso de células de contacto posterior», declaró el director general. «Aunque siguen permitiendo una mayor eficiencia de la célula, las células SABC se producen a un coste inferior al de las células TOPCon y de heterounión (HJT)».

El fabricante afirma que la nueva tecnología de contacto dorsal podría utilizarse fácilmente en las líneas de producción de células TOPCon existentes, con la actualización que requiere la adición de un proceso químico húmedo, un paso de proceso de estructuración láser, la deposición de una barrera de grabado y la deposición física basada en deposición de vapor de silicio amorfo dopado para el contacto n.

«Nuestro método no requiere una zanja específica para aislar las capas de polisilicio de polaridad opuesta», añade Centazzo. «En lugar de ello, el rebaje de la pared de la zanja separa las dos polaridades, de modo que la primera capa de poli-Si de tipo p se encuentra sobre la superficie de la zanja, mientras que la segunda capa de poli-Si de tipo n está situada en la parte inferior de la zanja».

Por debajo de la socavadura, que se realiza mediante grabado químico húmedo de la zanja, no se deposita poli-Si durante el proceso de deposición física en fase vapor (PVD). El poli-Si de tipo n también cubre el emisor de poli-Si de tipo p formando un contacto túnel de baja resistividad, ya que ambas capas de poli-Si están altamente dopadas con concentraciones de dopante superiores a 1.020 cm3. La capa de poli-Si de tipo n cubre toda la superficie y permite utilizar el mismo esquema de metalización para ambas polaridades, según el fabricante.

Centazzo también explicó que el proceso del blanco SABC comienza con el texturizado y la difusión de boro tanto en la parte delantera como en la trasera. «Un grabado de vidrio de borosilicato (BSG) de una sola cara seguido de un grabado alcalino del emisor de boro en la parte trasera prepara esta superficie para la deposición de poli-Si», subrayó. «En lugar de la difusión de boro que forma el emisor flotante frontal (FFE), también podría utilizarse una difusión de fósforo que forme un campo superficial frontal (FSF) o una superficie sin difusión para el flujo del proceso SABC».

El grabado químico alcalino por vía húmeda decapa el poli-Si en la parte frontal hasta la capa BSG y en la parte posterior graba el poli-Si de tipo p en las zonas expuestas. El grabado de la parte posterior no sólo elimina la capa de poli-Si, sino que también graba la base de silicio vertical y lateralmente, creando una socavación de la superficie. Tras la eliminación de la barrera de grabado y la BSG y el crecimiento de un segundo óxido interfacial, el poli-Si de tipo n depositado posteriormente por PVD no cubrirá toda la superficie en la parte trasera.

«Con la técnica de deposición altamente direccional, el silicio dopado se deposita principalmente en las superficies expuestas verticalmente, que no están ensombrecidas por la socavadura», subraya Centazzo. «Por lo tanto, en la parte inferior de la zanja, el poli-Si de tipo n forma un contacto pasivante, pero también habrá un poli-Si de tipo n encima del poli-Si de tipo p que formará una unión en túnel con el emisor. La parte sombreada de la pared de la zanja aísla ambos contactos pasivantes, sin necesidad de pasos de procesamiento adicionales como la estructuración, el grabado local o el enmascaramiento».

A continuación, el proceso de fabricación finaliza con el recocido a alta temperatura, que cristaliza las capas de poli-Si y activa los dopantes, la pasivación estándar con óxido de aluminio (AlOx) y nitruro de silicio (SiNx), y la metalización mediante serigrafía. «Como el poli-Si de tipo n cubre las superficies de ambos contactos de pasivación, se puede aplicar la misma pasta de serigrafía en un solo paso de impresión para ambas polaridades», destacó Centazzo.

En su opinión, las células SABC TOPCon podrían ser más baratas que las células TOPCon convencionales.

«Esperamos un aumento de la eficiencia al pasar de TOPCon a SABC superior al 0,5% absoluto a nivel de célula, y un 0,7% adicional a nivel de módulo debido a las menores pérdidas de célula a módulo de los módulos de contacto trasero con respecto a los módulos normales», añadió. «El coste de conversión de célula a sistema asciende a 0,75 euros (0,83 dólares)/W, mientras que en un sistema basado en SABC, debido a la mayor eficiencia de los módulos, disminuye a 0,71 euros/W, con lo que el coste de producción de las células se reduce de 0,100 euros/W a 0,85 euros/W». En total, un sistema basado en módulos SABC costaría 0,80 €/W, lo que supone un 6% menos que uno con células TOPCon».

El novedoso concepto de célula tiene un nivel de preparación tecnológica (TRL) de 6. El TRL mide la madurez de los componentes tecnológicos de un sistema y se basa en una escala del uno al nueve, en la que el nueve representa tecnologías maduras para su plena aplicación comercial. Según la empresa, sólo se podría pasar al grado TRL 8 cuando se implantara en una línea de producción piloto en un entorno de producción en serie.

En la actualidad, EnBW se ha comprometido a financiar el desarrollo de las células SABC, pero la estrategia de industrialización aún se está debatiendo. «Como el territorio de actividades empresariales de EnBW es tradicionalmente Alemania y Europa, donde la fabricación fotovoltaica está en declive, la búsqueda de socios adecuados para la industrialización de SABC tuvo que ampliarse más allá de Europa», dijo Centazzo, señalando que EnPV está evaluando actualmente las oportunidades para el lanzamiento de SABC en fábricas de células situadas en los puntos calientes del mundo de la fabricación fotovoltaica, a saber, EE.UU., India y China.

«Prevemos poner en marcha una línea piloto a finales de 2025», concluyó. «Todavía no se ha decidido con qué socio».

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