La estructura de células HJT, que significa Heterounión con Capa Fina Intrínseca, también conocida como HIT, es una estructura de célula de doble cara simétrica. En su núcleo se encuentra el silicio cristalino de tipo N. Depositadas secuencialmente en el lado frontal se encuentran una película delgada de silicio amorfo intrínseco y una película delgada de silicio amorfo de tipo P, formando juntas una unión P-N. Por el contrario, en el lado posterior de la oblea de silicio se recubre con una película delgada de silicio amorfo intrínseco y una película delgada de silicio amorfo de tipo N, creando un campo de superficie posterior. Debido a la baja conductividad del silicio amorfo, se depositan óxidos conductores transparentes (TCO) en ambos lados de la célula para la conducción. Finalmente, los electrodos de doble cara se forman utilizando tecnología de impresión de pantalla.

Tres materiales clave utilizados en las células solares de heterounión son el silicio cristalino (c-Si), el silicio amorfo (a-Si) y el óxido de estaño e indio (ITO).

Silicio Cristalino (c-Si)

El silicio cristalino (c-Si) forma la columna vertebral de la industria fotovoltaica en rápida evolución, comúnmente utilizado en forma de obleas cristalinas para fabricar células solares de homounión estándar. Hay dos tipos de c-Si: policristalino y monocristalino, pero solo el silicio monocristalino se considera para las células solares HJT debido a su mayor pureza y, consecuentemente, mayor eficiencia.

Silicio Amorfo (a-Si)

En la década de 1970, se descubrió que el silicio amorfo (a-Si) era adecuado para la tecnología fotovoltaica de capa delgada y podría servir como semiconductor en las células solares, convirtiéndolo en el segundo material más importante en la fabricación de células solares de heterounión. Aunque el a-Si en sí mismo tiene defectos de densidad, los procesos de hidrogenación pueden abordar estos problemas, dando como resultado silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H). Este proceso, que permite un dopado más fácil y una brecha de banda más amplia, lo hace más adecuado para la fabricación de células HJT.

Óxido de Estaño e Indio (ITO)

El óxido de estaño e indio (ITO) es el material preferido para la capa de óxido conductor transparente (TCO) en células solares de heterounión. La tecnología de deposición de películas de óxido conductor transparente (TCO) es crucial para el alto rendimiento de los dispositivos optoelectrónicos. Las características de reflectividad y conductividad de ITO lo convierten en una excelente capa de contacto y capa exterior para las células solares HJT.

El proceso de fabricación de células HJT es relativamente corto. Principalmente consta de cuatro etapas: texturizado, deposición de silicio amorfo, deposición de óxido conductor transparente (TCO) e impresión de pantalla. Esto es significativamente menos pasos en comparación con PERC (10 pasos) y TOPCON (12-13 pasos). La deposición de silicio amorfo utiliza principalmente el método de PECVD (Deposición Química en Fase Vapor Mejorada por Plasma). Actualmente, existen dos métodos para la deposición de películas de TCO: Deposición de Plasma Reactivo (RPD) y Deposición de Vapor Físico (PVD).

El principio de funcionamiento de las células solares de heterounión es similar al de otros componentes fotovoltaicos. Bajo el efecto fotovoltaico, la principal distinción de esta tecnología radica en el uso de un material absorbente de triple capa que combina tecnologías de película delgada y fotovoltaica tradicional. Este proceso implica conectar una carga a los terminales del módulo, donde los fotones se convierten en energía eléctrica, generando una corriente que fluye a través de la carga.

Para generar electricidad, los fotones golpean el absorbedor de unión P-N y excitan electrones, haciéndolos moverse a la banda de conducción, creando pares electrón-hueco (e-h).

Los electrones excitados son recogidos por los terminales conectados a la capa dopada de tipo P, generando una corriente que fluye a través de la carga.

Después de pasar a través de la carga, los electrones regresan al punto de contacto trasero de la célula y se recombinan con huecos, completando ese par electrón-hueco particular. A medida que el módulo genera electricidad, este ciclo ocurre continuamente.

Un fenómeno conocido como recombinación en superficie ocurre en los componentes fotovoltaicos de c-Si estándar, limitando su eficiencia. En este proceso, los electrones excitados se emparejan con huecos en la superficie del material, lo que hace que se recombinen, y los electrones no se recogen para fluir como corriente.

Para reducir la recombinación en superficie, las células de heterounión utilizan una película delgada de semiconductor pasivante para separar los contactos activos (Ohmicos) altamente recombinantes de las capas basadas en obleas, con una capa de amortiguación hecha de una capa de banda prohibida más amplia de a-Si:H. Esta capa de amortiguación permite que el flujo de carga sea lo suficientemente lento como para generar un voltaje alto pero lo suficientemente rápido como para evitar la recombinación antes de que los electrones sean recogidos, mejorando así la eficiencia de las células de heterounión.

En el proceso de absorción de luz, las tres capas semiconductoras absorben fotones y los convierten en energía eléctrica.

Los fotones que llegan primero son absorbidos por la capa externa de a-Si:H, convirtiéndolos en energía eléctrica. Sin embargo, la mayoría de los fotones son convertidos por la capa de c-Si, que tiene la mayor eficiencia de conversión de energía solar entre los materiales en la célula. Los fotones restantes son finalmente convertidos por la capa de a-Si:H en la parte posterior del módulo. Este proceso de tres pasos es por qué las células solares de heterounión de un solo lado logran eficiencias de hasta 26.7%.

• Alta Eficiencia: Presenta células solares de heterounión (HJT) de alta eficiencia y tecnología avanzada de medio celda, logrando eficiencias de módulo superiores al 22.87%.
• Celdas de Gran Tamaño: Utiliza eficientes células solares HJT de 210 mm, que ofrecen una mayor superficie para una mayor absorción de luz solar y una mayor producción de energía en un formato compacto.
• Baja Degradación: Las células HJT evitan los efectos de LID, LeTID y PID debido a una película TCO no polarizante, lo que resulta en una degradación de potencia inferior al 11.1% durante 30 años, garantizando una producción de energía estable a largo plazo.
• Menos Procesos: El proceso de fabricación es más corto, principalmente involucrando cuatro etapas: texturizado, deposición de silicio amorfo, deposición de TCO e impresión de pantalla; significativamente menos que PERC (10 etapas) y TOPCON (12-13 etapas).
• Tecnología de Película Delgada: La heterounión de silicio de alta eficiencia (HJT) combina tecnologías de silicio cristalino y silicio amorfo de película delgada, ofreciendo capacidades excepcionales de absorción de luz y pasivación.
• Rendimiento Estable en Altas Temperaturas: Exhibe el coeficiente de temperatura de potencia más estable de -0.24%/°C, garantizando una producción de energía estable en entornos de alta temperatura con una pérdida de potencia mínima y una mejora constante del rendimiento.

• Ganancia de Potencia Adicional: Las células HJT con estructuras frontal y posterior simétricas y diseño de rejilla logran una tasa de utilización de la parte posterior superior al 95%, ofreciendo más del 30% de ganancia de potencia adicional en comparación con PERC y TOPCON.
• Rendimiento Superior en Baja Luz: Al insertar una película delgada intrínseca de a-Si:H entre el silicio cristalino y las capas delgadas dopadas, las células HJT efectivamente pasivan los defectos de superficie del silicio cristalino, lo que resulta en un voltaje de circuito abierto más alto, un espectro de absorción de luz más amplio y un inicio más rápido en condiciones de baja luz.
• Proceso de Baja Temperatura: Las células HJT utilizan una película delgada basada en silicio para formar la unión pn, con temperaturas de proceso de soldadura inferiores a 250°C, reduciendo el estrés térmico y el daño por alta temperatura a las células.
• Sin Corte de Celdas: El proceso de fabricación completo de media celda sin corte de celdas minimiza los impactos de microgrietas.
• Alta Flexibilidad: La estructura única de células HJT mejora en gran medida la flexibilidad de las celdas, reduciendo el riesgo de microgrietas durante el transporte e instalación, y mejorando la fiabilidad de las estaciones de energía.

Los paneles solares de heterounión (HJT) tienen un alto rendimiento bifacial y bajos coeficientes de temperatura, mejorando la eficiencia y la producción de energía, reduciendo efectivamente el costo de la electricidad. Son particularmente adecuados para áreas en Europa con temperaturas más altas en verano y son ideales para fotovoltaicos agrícolas, estacionamientos solares y cercas fotovoltaicas.

Dadas las múltiples ventajas de la solución de heterounión (HJT), es probable que más empresas continúen adoptando esta tecnología en un futuro próximo. Dado que el proceso de fabricación de HJT implica cuatro pasos menos que la tecnología PERC, tiene el potencial de ahorrar costos significativamente. Si bien PERC ha sido la opción popular en la industria durante muchos años, su proceso de fabricación complejo no puede competir con HJT. Además, PERC no tiene la ventaja de rendimiento a alta temperatura de HJT.

Según el informe ITRPV 2019, se espera que las células de heterounión (HJT) ganen una participación de mercado del 12% para 2026 y del 15% para 2029.

Referencia:

https://www.kanekaenergysolutions.com/what-is-heterojunction-technology-hjt-in-the-solar-industry

https://solarmagazine.com/solar-panels/heterojunction-solar-panels/#Looking_into_the_future_of_heterojunction_technology