Fraunhofer ISE advierte del riesgo de una degradación inducida por UV mayor de lo esperado en las células TOPCon, PERC y HJT

Investigadores del instituto alemán explicaron que la degradación inducida por los rayos UV puede causar pérdidas de eficiencia y tensión mayores de lo esperado en todas las tecnologías de células dominantes, incluida TOPCon.

diciembre 5, 2024 Emiliano Bellini

Células Fraunhofer ISE tratadas con UV.

Imagen: Fraunhofer ISE

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania han estudiado la estabilidad frente a la exposición UV de tres tipos de tecnologías de células solares convencionales –contacto pasivado de óxido de túnel (TOPCon), emisor pasivado y célula posterior (PERC) y heterounión (HJT)- y han descubierto que todas ellas pueden sufrir una grave degradación implícita de la tensión.

Explicaron que la degradación inducida por la radiación UV (UVID) puede provocar pérdidas inesperadas de voltaje y eficiencia en el futuro, sobre todo cuando se disponga de un mayor historial de UVID. «Un ejemplo destacado de ello es la degradación inducida por la luz y la temperatura elevada (LeTID), que ha causado pérdidas imprevistas en módulos PERC durante su funcionamiento sobre el terreno», afirmaron. «Informes recientes sugieren que podría repetirse un escenario similar debido a la UVID para las tres arquitecturas de células modernas».

Los efectos nocivos de la radiación UV se han asociado en gran medida en los paneles solares con los encapsulantes transparentes a la luz UV de los módulos y el envejecimiento de los materiales de embalaje de los módulos, lo que provoca la decoloración del encapsulante, la delaminación y el agrietamiento de la lámina posterior. En particular, la luz UV puede contribuir a la formación de ácido acético en el encapsulante del módulo, que corroe la rejilla de contacto de la célula. El rendimiento de las células solares también se ve afectado negativamente por la radiación UV debido a la generación de defectos superficiales. En una célula solar de silicio, la luz UV puede causar daños en las capas de pasivación, en el silicio subyacente y en la interfaz entre ambos.

«En la actualidad, los encapsulantes transparentes a los rayos UV son el estándar para la cara frontal del módulo», explica Fabian Thome, autor principal de la investigación, a pv magazine. «El uso de encapsulantes que bloqueen los rayos UV podría ser una estrategia para reducir la radiación UVID, pero a costa de reducir la eficiencia del módulo. Sabemos de algunos fabricantes que ya utilizan esta estrategia. Parece ser una buena solución intermedia hasta que la UVID se resuelva a nivel celular».

En el estudio «UV-Induced Degradation of Industrial PERC, TOPCon, and HJT Solar Cells: The Next Big Reliability Challenge?», publicado en RRL Solar, los investigadores explican que su análisis tuvo en cuenta células solares comerciales y de laboratorio, sin revelar los nombres de los fabricantes. Los dispositivos se expusieron a la radiación de lámparas UV-340 sin cobertura.

«Para establecer una conexión entre las pruebas de laboratorio y la aplicación de campo, analizamos los datos resueltos espectralmente de un sitio de prueba en el desierto de Negev, Israel, desde 2019», dijeron. «En la secuencia de pruebas UV, tres células por grupo fueron expuestas a la radiación UV desde el frente y dos desde la parte posterior, con los respectivos lados opuestos cubiertos».

Las pruebas mostraron que la exposición trasera condujo a menos UVID que la exposición frontal, con todas las tecnologías sufriendo pérdidas de voltaje superiores a 5 mV después de 60 kWh ^m-2. «Tras la exposición UV, la recombinación adicional -una medida de la formación de defectos- fue más pronunciada para PERC que para TOPCon; pero la pérdida de tensión fue comparable», dijo Thome. «Esto se debe a que TOPCon tiene una mayor calidad de pasivación y, por tanto, ‘siente’ incluso pequeñas cantidades de defectos. Cuanto mayor es la eficiencia inicial, mayor es la sensibilidad incluso a pequeñas cantidades de defectos adicionales».

El análisis también demostró que las capas de pasivación basadas en óxido de aluminio (AlOx) y nitruro de silicio (_SiNy), que suelen depositarse en las células TOPCon mediante deposición de capas atómicas (ALD), pueden mejorar la estabilidad UV de estos dispositivos en comparación con las capas que suelen utilizarse en las células PERC y HJT, que se depositan mediante deposición química en fase vapor mejorada por plasma (PECVD).

«Los componentes comunes a las tres tecnologías de células también pueden ser importantes para la estabilidad UV. «Un ejemplo sería el índice de refracción y el grosor de las capas de nitruro de silicio, que determinan la dosis efectiva de UV que llega al silicio», concluye Thome.

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