Células solares PERC: ¿son la mejor opción?

En la búsqueda interminable de una mayor eficiencia de los paneles solares, los ingenieros de materiales intentan muchas cosas diferentes para hacer que las células fotovoltaicas conviertan la energía solar en tanta electricidad como sea posible.

Una de las tecnologías más importantes y maduras para hacerlo es a través de algo llamado PERC, que significa «Emisor pasivo y contacto trasero», y a veces también se denomina «Emisor pasivo y celda trasera».

La mayoría de las personas realmente no tienen motivos para preocuparse por PERC, pero lo que es importante saber es que se está convirtiendo en una de las formas más populares de fabricar células solares. Es una forma sencilla y rentable de generar más energía con la misma cantidad de espacio.

Si obtuvo una cotización de un instalador solar y está eligiendo entre diferentes paneles solares y puntos de precio, es posible que le interese saber cómo se comparan los paneles solares PERC de alta eficiencia con otras variedades de paneles solares.

¿Qué son las células solares PERC?

PERC es una tecnología que se utiliza para mejorar la eficiencia de las células solares al capturar tantos fotones adicionales como sea posible sin cambiar fundamentalmente el funcionamiento de una célula solar.

en ordinario células solares de silicio cristalino, la electricidad se produce cuando los fotones golpean una capa de silicio, liberando electrones y luego dirigiéndolos para que fluyan a lo largo de un cable. En general, las células solares de silicio monocristalino modernas pueden convertir alrededor del 19-20% de los fotones entrantes en electricidad, pero algunos fotones pasan a través del material de silicio sin excitar a los electrones.

Cuando estas celdas se integran en un módulo solar, los fotones no convertidos pueden golpear la capa posterior de aluminio y convertirse en calor, lo que reduce la eficiencia de la celda. Otros fotones excitan electrones que terminan recombinándose sin fluir a través de los cables de la celda, lo que significa que no generan electricidad.

Células solares de silicio típicas

El siguiente diagrama muestra una sección transversal de una celda solar típica integrada en un módulo. Estas son las capas, de arriba a abajo:

    • Contacto frontal
    • Vidrio antirreflectante
    • Capa de silicio negativa (tipo n)
    • Capa de silicio positiva (tipo p)
    • Campo de superficie posterior (BSF)
    • Contacto trasero

Células solares PERC

Para hacer una celda solar PERC, un fabricante toma celdas de silicio monocristalino estándar y agrega una capa de pasivación en la parte posterior que está diseñada para reflejar los fotones a través de la capa de silicio. Luego, las células se micrograban con productos químicos o un láser para cortar la capa de pasivación de modo que los contactos posteriores puedan alcanzarla. Se agrega una capa de protección dieléctrica sobre la capa de pasivación para aislar la celda solar.

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Cuando se integran en un módulo solar, las capas de pasivación y protección evitan que los electrones golpeen el contacto posterior sobre el cual se colocan las células. La tecnología de celdas PERC hace que el silicio capture más fotones, lo que significa que cada celda produce un poco más de electricidad que sin las capas PERC.. La eficiencia máxima de las células PERC es de alrededor del 23 %, en comparación con el 21 % de las células tradicionales de silicio monocristalino.

El siguiente diagrama muestra una sección transversal de una celda solar PERC integrada en un módulo. Estas son las capas, de arriba a abajo:

    • Contacto frontal
    • Vidrio antirreflectante
    • Capa de silicio negativa (tipo n)
    • Capa de silicio positiva (tipo p)
    • Campos locales de la superficie posterior
    • capa de pasivación
    • capa de protección dieléctrica
    • Contacto trasero

Pros y contras de la tecnología PERC

La tecnología PERC no es una tecnología nueva, ya que fue inventada en 1983 por el científico australiano Martin Green y su equipo en la Universidad de Nueva Gales del Sur.

Pero los módulos fotovoltaicos disponibles comercialmente construidos con tecnología de celdas solares PERC son relativamente nuevos porque los científicos de materiales tuvieron que resolver algunos problemas antes de llevar la tecnología al mercado.

ventajas

Como describimos anteriormente, la tecnología PERC refleja los fotones de regreso a las capas de silicio, lo que hace que la celda produzca más energía y evita la recombinación de electrones. Estos dos beneficios dan como resultado una mayor eficiencia de conversión de energía y una disminución del calor en los módulos solares. También aseguran que las celdas funcionen mejor con poca luz al producir un voltaje significativo con menos luz que las celdas solares estándar.

Finalmente, las celdas solares PERC son relativamente fáciles de fabricar porque los fabricantes pueden usar casi todos los mismos equipos y materiales que usan para fabricar celdas solares menos eficientes. La tecnología PERC se puede agregar a las células solares de monosilicio y polisilicio, y funciona bien en aplicaciones bifaciales, también.

Esta facilidad de fabricación ha dado como resultado un fuerte aumento en la producción de células PERC desde 2010 y, según el grupo comercial alemán de ingeniería mecánica VDMA, mono PERC y tecnologías similares ahora representan más del 60 % del mercado mundial de células fotovoltaicas.

Contras

Los inconvenientes de las células solares PERC se han mitigado en gran medida en los últimos años, pero es importante señalar por qué PERC no se popularizó en los años 80 cuando se inventó por primera vez. La principal de las preocupaciones con esta tecnología es un problema llamado Degradación inducida por la luz (LID), que ocurre en todas las celdas solares de silicio, pero puede ser especialmente pronunciado en las celdas PERC.

La LID ocurre cuando el boro de la capa positiva de silicio y el oxígeno se mezclan y, por lo general, da como resultado una pequeña reducción inmediata en la capacidad de generación de energía. Este problema puede ser peor en las células PERC, que normalmente tienen boro adicional, pero todas las empresas que producen y utilizan células PERC han ideado formas de combatirlo.

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Otro tipo de problema que puede ocurrir en todas las celdas solares de silicio se llama Degradación Inducida por Potencial (PID), que puede ocurrir cuando existe una diferencia de energía potencial entre las celdas y los materiales de un módulo solar y el suelo.

Es muy complicado pero hay un estándar internacional para la construcción de módulos que los fabricantes pueden seguir, y todos los fabricantes que se precie han implementado sus propios pasos contra PID.

Su mejor apuesta es elegir un fabricante de módulos solares de alta calidad y leer sobre los pasos que toman para mitigar PID y LID.

¿Quién fabrica los paneles solares PERC?

Muchos fabricantes de módulos solares utilizan células solares PERC en sus productos. Entre los mejores de estos están:

¿Cuáles son las alternativas a la tecnología PERC?

PERC es una de las formas más sencillas y rentables que han encontrado los ingenieros de células solares para mejorar la eficiencia y el rendimiento de las células solares.

Como discutimos anteriormente, la tecnología tiene sus inconvenientes, y superarlos no es un asunto trivial. PERC también es una tecnología relativamente madura y no se puede utilizar para aumentar la eficiencia mucho más que las celdas de primera línea existentes.

Es por eso que muchos fabricantes de energía solar están utilizando alternativas al PERC, cada una de las cuales tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Aquí hay un resumen rápido de otras tecnologías principales que se utilizan actualmente para aumentar la eficiencia de las células solares: contacto pasivado con óxido de túnel, heterounión y perovskitas.

Contacto pasivado con óxido de túnel (TOPCon)

Ahí está esa palabra «pasivado» otra vez. De hecho, la tecnología TOPCON es básicamente la próxima generación de PERC y, al igual que sus antepasados, se puede agregar a las células fabricadas de forma tradicional. TOPCon consiste en añadir una capa ultrafina de dióxido de silicio (SiO2) y una capa de silicio policristalino dopado con fósforo.

Debido a que TOPCon es el siguiente paso lógico después de PERC, no agrega una gran cantidad de costos adicionales al producto terminado. Puede producir ganancias adicionales en eficiencia sobre PERC, pero su eficiencia máxima teórica es 23.7%. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la tecnología TOPCon actual alcanza un poco más del 22 %.

Heterounión (HJT)

Las células solares de heterounión están hechas de capas alternas de silicio cristalino tradicional y silicio amorfo, el último de los cuales normalmente se asocia con Paneles solares de película delgada. Al combinar los dos tipos diferentes de capas, las células HJT absorben más longitudes de onda de luz, y las diferentes capas trabajan juntas para hacer que las células sean las más eficientes del mercado actual.

Desafortunadamente, la tecnología HJT no se puede fabricar de la misma manera que las células solares tradicionales, por lo que requiere una importante remodelación y nuevos procesos industriales. Esto tiende a hacer que los módulos solares HJT sean bastante caros, aunque tienen una reputación de calidad superior y alto rendimiento.

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Las células solares HJT tienen una eficiencia máxima teórica superior al 26,7 %, pero las ofertas actuales de empresas como REC Solar y Panasonic superan el 24 %.

Perovskitas

Quizás la tecnología más emocionante y avanzada para mejorar la eficiencia de las células solares se llama perovskita.

Las perovskitas son una clase de materiales que tienen una determinada estructura cristalina que hace que sea extremadamente fácil producir y transportar cargas eléctricas en aplicaciones fotovoltaicas. Esta característica significa que una célula solar fabricada con perovskitas podría tener una eficiencia de conversión de hasta el 38 %.

Desafortunadamente, muchas perovskitas naturales contienen plomo, que es tóxico. Se han creado perovskitas artificiales seguras utilizando estaño, pero es muy difícil trabajar con ellas y se degradan mucho más rápido que sus primos a base de plomo.

Oxford PV, el fabricante de células solares de perovskita líder en el mundo, ha creado «células en tándem» incorporando una capa de perovskitas encima de las células solares de silicio tradicionales. Estas celdas establecieron un récord mundial de eficiencia del 29,52% en diciembre de 2020. Oxford PV espera vender sus productos al mercado residencial a partir de 2022.

Si pueden lograrlo a un precio razonable, pueden hacer que PERC, HJT y todas las demás tecnologías parezcan noticias viejas.

La última palabra sobre PERC

Si es propietario de una casa en los EE. UU. y ha estado buscando cotizaciones para energía solar, probablemente obtendrá al menos una cotización que incluya paneles solares PERC.

Como hemos comentado anteriormente, es probable que estos paneles sean más eficientes que los paneles solares tradicionales, lo que significa que producirán más electricidad en la misma superficie. Si maximizar el potencial de generación de energía de su techo es importante para usted, los paneles solares PERC modernos de un fabricante líder serán una de sus mejores opciones.

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Conclusiones clave

  • PERC significa «Emisor pasivado y contacto trasero» y es una tecnología que hace que los paneles solares sean más eficientes al agregar capas adicionales a las células solares de silicio tradicionales.
  • Debido a que la tecnología PERC se puede agregar a las celdas solares sin mucho costo o equipo de fabricación adicional, se ha convertido en una tecnología muy popular en los paneles solares en el mercado actual.
  • A pesar de sus beneficios, PERC no puede impulsar la eficiencia de la celda por encima del 23 % sin tecnologías adicionales, en comparación con el 21 % de las celdas solares de silicio tradicionales.
  • Otras tecnologías pueden producir celdas solares que son mucho más eficientes que las celdas PERC, pero la mayoría de estas tecnologías aún son demasiado caras o se encuentran en una etapa demasiado temprana de su desarrollo para generalizarse en el mercado.
Pablo Ruiz