Materiales avanzados que marcan el futuro de la energía solar
En los últimos años, la industria fotovoltaica ha experimentado una auténtica revolución gracias a nuevos materiales y diseños que han elevado la eficiencia de los paneles por encima del 25% en la práctica, reduciendo al mismo tiempo el coste por vatio instalado.
Las células TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) son un ejemplo claro: su tecnología de contacto pasivado minimiza las pérdidas eléctricas y mejora el rendimiento, incluso en condiciones de poca luz.
Los paneles solares con células TOPCon incorporan una capa túnel ultrafina de óxido de silicio (SiO₂) de entre 1 y 3 nanómetros en la parte trasera de la célula, sobre la que se deposita una capa de polisilicio dopado.
Esta estructura actúa como contacto pasivado, reduciendo las pérdidas por recombinación de electrones y permitiendo que éstos atraviesen el óxido túnel con muy baja resistencia.
El esquema muestra sus principales componentes:
- Revestimiento antirreflectante (ARC) que mejora la captación de luz.
- Pasivación frontal para reducir pérdidas en la superficie expuesta al sol.
- Sustrato de silicio cristalino tipo n, base de la célula.
- Capa túnel de SiO₂ ultrafino y contacto metálico trasero con pasivación, que optimizan la eficiencia.
Ventajas
- Alta eficiencia (>25 % en producción, >28 % en laboratorio).
- Mejor rendimiento en condiciones de baja irradiancia y alta temperatura.
- Mayor vida útil gracias a la reducción de defectos superficiales.
Consideración: su coste de fabricación es apenas mayor que el de tecnologías PERC, aunque su mayor producción energética compensa en el largo plazo.
Este diseño reduce significativamente la recombinación de portadores y mejora la eficiencia eléctrica, alcanzando en laboratorio eficiencias superiores al 25 % e incluso hasta el 28 %
Por su parte, los paneles bifaciales aprovechan la radiación solar por ambas caras, lo que aumenta la producción de energía en un 10–20 % respecto a los módulos convencionales. Este diseño es especialmente útil en instalaciones sobre superficies reflectantes como cubiertas blancas o suelos de grava clara.
Ese diagrama representa un módulo bifacial (habitualmente vidrio-vidrio con EVA/POE como encapsulante) donde ambas caras de las células son activas:
- La luz directa incide sobre la cara frontal.
- Parte de la radiación que llega al suelo se refleja (albedo) y entra por la cara trasera, aumentando la corriente generada.
- La elevación del módulo respecto al suelo y el espacio bajo el campo reducen sombras y mejoran el “factor de vista” de la cara trasera.
- El marco/estructura mantiene la separación y aporta rigidez.
La ganancia bifacial depende del albedo del terreno (claro/blanco > grava/vegetación), de la altura al suelo, del GCR (relación de cobertura) y de la geometría del seguidor o bancada. Estudios y guías (NREL/IEA-PVPS) muestran que la ganancia típica ronda varios puntos porcentuales y puede superar el 10 % en condiciones optimizadas (alto albedo y mayor elevación).
Finalmente, los paneles tándem con perovskita combinan materiales semiconductores que capturan distintas longitudes de onda de la luz, logrando una eficiencia récord y abriendo la puerta a módulos más ligeros, flexibles y baratos de producir.
El esquema muestra, de arriba abajo:
- Vidrio/encapsulante y electrodo TCO (ITO/FTO) que actúan como ventana conductora y antirreflectante.
- Subcélula de perovskita, compuesta por capa de transporte de electrones (SnO₂/TiO₂), absorbedor de perovskita y capa de transporte de huecos (Spiro-OMeTAD/PTAA).
- Unión de recombinación (TCO/óxido) que conecta eléctricamente ambas subcélulas en la configuración monolítica de dos terminales y permite que los portadores se recombinen con pérdidas mínimas.
- Subcélula de silicio, que puede implementarse como HJT (heterounión con capas intrínsecas/dopadas de a-Si:H y TCO) o TOPCon (contactos pasivados con SiOx túnel + poli-Si dopado). Estas arquitecturas aportan pasivación superior y baja resistividad de contacto, mejorando el rendimiento del tándem.
Dato clave: las tándem perovskita-silicio superan con holgura la eficiencia de sus subcélulas por separado y han alcanzado >30 % en laboratorio, con récords reportados en el rango ~33-34 % en dispositivos a pequeña escala.
| Tecnología | Principio de funcionamiento | Ventajas principales | Consideraciones |
|---|---|---|---|
| Células TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) | Utilizan una capa ultrafina de óxido de silicio y una capa de polisilicio dopado en la parte trasera de la célula. Esta estructura pasa electrones a través del óxido túnel y reduce recombinaciones en la superficie, aumentando la eficiencia. | - Alta eficiencia (>24 % en producción, récords >27 %) - Mejor rendimiento en baja irradiancia y alta temperatura - Larga vida útil gracias a la pasivación avanzada | - Coste de fabricación apenas superior a PERC - Tecnología consolidada en producción masiva |
| Paneles bifaciales | Incorporan células activas en ambas caras (frontal y trasera) para captar tanto la luz directa como la luz reflejada del suelo (albedo). La cara trasera incrementa la generación de energía total. | - Mayor producción (5–15 % extra según condiciones) - Aprovechan superficies reflectantes - Más rentables en grandes plantas y con seguidor solar | - Requieren condiciones de instalación optimizadas (altura, separación, terreno reflectante) - Beneficio variable según entorno |
| Paneles tándem con perovskita | Combinan dos subcélulas apiladas: una de perovskita que absorbe luz visible y otra de silicio (TOPCon o HJT) que absorbe el infrarrojo. Aprovechan mejor el espectro solar para producir más energía por unidad de área. | - Eficiencias de laboratorio >33 % - Potencial para reducir coste por Wp - Mejor aprovechamiento del espectro solar completo | - Tecnología en fase de desarrollo comercial - Desafíos en durabilidad y producción a gran escala |
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