Las células solares de heterojunción son un avance reciente en el mercado fotovoltaico que soluciona las desventajas comunes de los módulos estándar. Reducen la recombinación y mejoran el rendimiento en climas cálidos. Descubramos más sobre ellas.
Células solares de heterojunción y tecnología
También se les conoce como paneles solares de heteroestructuras de silicio (SHJ) o de heteroestructuras con capa delgada intrínseca (HIT). Se trata de un grupo de células solares HJT que utilizan tecnología fotovoltaica avanzada.
No se confunda sobre qué es la tecnología de heteroestructuras. Estas se construyen sobre un sustrato de silicio monocristalino de tipo N y tienen capas de silicio amorfo no dopado (ia-Si:H) colocadas encima, lo que mejora su eficiencia y rendimiento.
Estas células están hechas de tres materiales clave:
1. Silicio cristalino (c-Si) : Los paneles solares convencionales lo utilizan para construir células solares de homounión. Existen dos tipos: silicio policristalino y silicio monocristalino. Sin embargo, el monocristalino es el único que se considera para las células solares HJT debido a su mayor pureza y eficiencia.
2. Silicio amorfo (a-Si): El componente clave para estas células solares se hidrogena para corregir defectos de densidad, produciendo silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H). Este material es más fácil de dopar y tiene una banda prohibida más alta.
3. Óxido de indio y estaño (ITO): Es el material elegido para la capa de óxido conductor transparente (TCO) en estas células solares, mientras que los investigadores exploran alternativas para reducir costos. La reflectividad y conductividad del ITO lo convierten en una capa de contacto y exterior ideal para estas células solares.
Clasificación de las células solares de heterojunción
El dopaje diferencia estas células solares en células de tipo n y de tipo p:
- Las células de tipo N utilizan obleas de silicio c-Si dopadas con fósforo que proporcionan electrones adicionales para la carga negativa y los hacen resistentes a la reducción de la eficiencia inducida por boro y oxígeno.
- Células de tipo P dopadas con boro Son más adecuados para aplicaciones espaciales debido a su resistencia a la radiación espacial, que proporciona a la celda un electrón menos que la carga positivamente.
Principio de funcionamiento de la célula solar de heterojunción
Estas células solares utilizan tres capas de materiales absorbentes, combinando técnicas de película delgada y fotovoltaicas tradicionales. Cuando la luz solar incide sobre estos paneles, se inicia el efecto fotovoltaico, que convierte los fotones en electricidad.
El proceso de trabajo principal de HJT implica:
- La luz del sol estimula los electrones en la unión PN de la capa absorbente moviéndolos a la banda de conducción y formando pares electrón-hueco (eh).
- El terminal unido a la capa dopada con P recoge los electrones estimulados y genera electricidad que fluye a través de la carga.
- Después de pasar a través de la carga, el electrón regresa al contacto posterior de la celda y se recombina con un hueco para completar el procedimiento de un par eh particular.
Este proceso se produce de forma continua a medida que los módulos generan electricidad . Los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino estándar presentan limitaciones de eficiencia debido a la recombinación superficial, que se produce cuando los electrones y los huecos se recombinan sin contribuir al flujo eléctrico.
Las celdas HJT solucionan este problema mediante el uso de una película semiconductora pasivante con una capa de banda prohibida más amplia compuesta de a-Si:H, que ralentiza el flujo de carga para evitar la recombinación. Esta capa amortiguadora reduce el flujo de carga lo suficiente como para proporcionar un alto voltaje, al tiempo que previene la recombinación antes de que se recolecten los electrones, lo que mejora la eficiencia.
Durante el proceso de absorción de luz, las tres capas semiconductoras absorben fotones, facilitando su conversión en electricidad.
- La capa superior de silicio amorfo (a-Si:H), recoge y captura la luz solar y los reflejos.
- La capa intermedia, silicio cristalino (c-Si), es muy eficiente y convierte los fotones en electricidad.
- La capa inferior de silicio amorfo (a-Si:H) convierte los fotones restantes, mejorando la eficiencia total.
¿Sabías que los precios de la instalación de paneles solares han bajado un 40% en los últimos 10 años, lo que ha ayudado a la industria a expandirse a un nuevo mercado y a instalar miles de sistemas en todo el país?
La combinación de tecnologías permite que las células de heterojunción aprovechen más energía de la que podrían capturar por sí solas, logrando una eficiencia del 25 % o más.
Véase también: Guía completa sobre la tecnología solar TOPCon
Precio de los paneles solares de heterojunción
Según los diseños actuales, los módulos SHJ cuestan entre 0.48 y 0.56 USD/W, en comparación con los 0.50 USD/W de los módulos convencionales.
Nota: Los precios de las células solares de heterounión pueden variar debido a las fluctuaciones del mercado, las diferencias entre marcas y los factores regionales.
Ventajas y desventajas de la tecnología de heterounión
Las aplicaciones de la tecnología solar de heterojunción en entornos de gran escala pueden ofrecer una eficiencia de entre el 25 % y el 30 %. Sin embargo, las ventajas de la HJT también presentan desventajas, que se enumeran a continuación:
| Ventajas | Desventajas |
| Supera a las células solares estándar al convertir más luz solar en electricidad. | Se requieren habilidades avanzadas y equipos especializados para la fabricación y la integración. |
| Eficiente a altas temperaturas para reducir la degradación del rendimiento. | Susceptibles de sufrir daños debido a su delgada estructura. |
| Funciona de manera constante con poca luz y es ideal para condiciones climáticas cambiantes. | La susceptibilidad a la humedad compromete la eficiencia y la longevidad. |
| 30% de eficiencia con 92% de bifacialidad, lo que lo hace perfecto para proyectos de gran escala. | Las restricciones del volumen de producción, la tecnología compleja y una amplia gama de semiconductores pueden elevar los precios y reducir la disponibilidad. |
| Sólo se requieren de 5 a 7 pasos de fabricación, lo que reduce los costos de producción. | Debido a su reciente lanzamiento, la experiencia de instalación y mantenimiento es limitada. |
Referencia cruzada: Célula de silicio cristalino de doble heterounión fabricada a 250 °C con una eficiencia del 12.9 %.
Principales fabricantes de células solares de heterojunción
Los principales fabricantes de paneles solares de heterojunción son:
1. REC
Su serie Alpha Pure utiliza tecnología avanzada de células de heterounión (HJT) para ofrecer una densidad de potencia que oscila entre 226 vatios/m² y 470 vatios. El módulo de REC Group presenta una disposición de células sin espacios, un diseño doble y una estética elegante optimizada para aplicaciones residenciales. Estos paneles garantizan una potencia óptima en diversas condiciones, lo que se traduce en un coeficiente de temperatura más alto, un flujo eléctrico mejorado y un rápido retorno de la inversión.
Además, consulta la reseña de los paneles solares REC.
2. JINERGÍA
Ofrecemos módulos solares bifaciales N-HJT con una eficiencia celular superior al 24%. Los módulos Jinergy cuentan con 166 celdas y un diseño de corte 9BB, lo que se traduce en una mejora de potencia del 10% al 35% en diversas condiciones. Brindamos una capacidad de producción de celdas y módulos avanzada y rentable, con un rendimiento óptimo en condiciones de baja luminosidad, un bajo coeficiente de temperatura y una degradación reducida.
3. AKCOME
Especializados en células y módulos solares HJT de vanguardia con una tasa bifacial del 95 % y una eficiencia de hasta el 26 %, las soluciones de AKCOME Optronics permiten producir láminas de silicio de 100 μm de espesor con un coeficiente de temperatura bajo, sin degradación inducida por potencial (PID) y sin generación de aguas residuales con amoníaco.
4. Energía resucitada
Su serie de módulos Hyper-Ion cuenta con un factor bifacial ultra alto y la tecnología patentada de interconexión Hyper-link, que maximiza la potencia de salida. Los módulos Risen Energy ofrecen una potencia de salida de 700-725 Wp con una bifacialidad de 110 a 132 celdas, lo que optimiza la eficiencia entre un 22.8 % y un 23.3 %. Ofrecen un coeficiente de temperatura de potencia estable, emisiones de carbono ultrabajas y un excelente rendimiento anti-LID.
5. HuaSen
Esta empresa líder industrial de China ofrece obleas , células y módulos solares de heterounión de silicio tipo N (HJT) de ultra alta eficiencia . Los productos Huasun proporcionan una producción de energía anual un 3 % superior a la del módulo solar bifacial TOPCon, con potencias de hasta 750 W y una eficiencia máxima del 24.16 %. Su construcción de doble vidrio, el encapsulante a base de EPE y el sellado con PIB ofrecen una mayor resistencia al agua, al fuego y a la corrosión, características ideales para entornos exigentes.
Paneles de heterojunción vs. paneles bifaciales
Ambos utilizan recubrimientos pasivantes para disminuir la recombinación superficial y mejorar la eficiencia, compartiendo así ciertas similitudes estructurales. La distinción fundamental radica en que los paneles de heterounión pueden desarrollarse para uso monofacial o bifacial, mientras que los paneles bifaciales pueden integrar diversas tecnologías base además de la heterounión.
La siguiente tabla compara las características esenciales de los módulos solares fotovoltaicos bifaciales y de heterojunción (HJT):
| Característica | Módulos bifaciales | Módulos HJT |
| Absorción de luz | Absorbe la luz tanto del lado frontal como del posterior. | Una estructura en capas mejora la separación de pares electrón-hueco para lograr una mayor eficiencia. |
| Eficiencia | Consiga una eficiencia superior al 30%. | Consiga una eficiencia de hasta el 26.7%. |
| Ventajas | Mayor flexibilidad y adaptabilidad del diseño. | Mayor eficiencia de conversión, mejor tolerancia a la temperatura y tasas de degradación más lentas a lo largo del tiempo. |
| Desafíos | Para una implementación óptima, son necesarios modelos y simulaciones precisos debido al impacto constante del albedo en el rendimiento. | Los procesos de fabricación complejos y los mayores costos de producción impiden un uso más amplio. |
Ambas tecnologías solares fotovoltaicas mejoran la eficiencia y el rendimiento, ofreciendo ventajas y desafíos distintivos al tiempo que aumentan la practicidad y la sostenibilidad de la generación de energía solar.
Paneles de silicio cristalino de heterojunción vs. tradicionales
La tecnología de heterounión mejora los paneles c-Si tradicionales al mejorar la recombinación y corregir otras deficiencias. Comparemos ambas tecnologías para comprender cómo pequeños cambios en la estructura celular afectan el rendimiento general del módulo.
| Característica | Heterounión (HJT) | Monocristalino (mono c-Si) | Policristalino (poli c-Si) |
| Capa absorbente de materiales | Mono c-Si y a-Si:H | Mono c-Si | Poli c-Si |
| Estructura | Capa de oblea mono-c-Si revestida en capas pasivantes de a-Si:H | Unión pn mono c-Si | Unión pn de poli c-Si |
| Vida útil | 30 años | 25-30 años | |
| Coeficiente de temperatura (promedio) | -0.21% / ºC | -0.446% / ºC | -0.387% / ºC |
| Mayor eficiencia registrada | 26.7% | 25.4% | 24.4% |
| Cuota de mercado | 5% | 36.0% | 54.9% |
| Rango de Precio: | $ 0.34 / W | $0.16/S-$0.46/S | $ 0.24 / W |
Nota: La eficiencia mencionada puede variar según las marcas y sus modelos.
En definitiva, las células solares de heterojunción son versátiles y altamente eficientes, lo que las hace ideales para aplicaciones en espacios reducidos. Estos paneles ofrecen un gran rendimiento, pero tienen un precio elevado que, según se informa, bajará en los próximos años. Para más información, siga leyendo nuestras entradas del blog.
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