La creciente necesidad de energías renovables en todo el mundo, junto con la demanda de energía a un precio asequible que permita el aprovechamiento de la industria, lleva a valorar el equilibrio entre energía verde y coste, es decir, la producción de energía con bajas emisiones de carbono y bajo coste.

Para satisfacer esta demanda, la industria de celdas y módulos fotovoltaicos ha promovido importantes cambios en los procesos de producción y la optimización de nuevas tecnologías fotovoltaicas, buscando una mayor eficiencia, que redunde en un menor coste de la electricidad.

La búsqueda por la mejora de la eficiencia llevó entonces a la industria a migrar sus inversiones para el desarrollo de celdas del tipo N. De este modo, las tecnologías basadas en celdas de tipo N, como TOPCon (Tunnel Oxidation Passivated Contacts) y HJT (Heterojunction Technology) presentan mayores eficiencias, alcanzando el 25,8% de eficiencia, menores coeficientes de temperatura Pmax y menores coeficientes de degradación lineal, en comparación con las celdas PERC de tipo P.

La tecnología de heterounión recibe su nombre porque la unión PN de esta celda se realiza entre silicio cristalino y silicio amorfo, que son materiales distintos.

Figura 1 - Celda HJT (CEEW, 2022)

De la Figura 1 se desprende que la celda HJT es simétrica y tiene doble unión N-N-P. Esta celda recibe un recubrimiento de óxido de indio y estaño (ITO), que mejora la conductividad y reduce la reflexión de los rayos incidentes, seguido de una capa de silicio amorfo de tipo N, una capa de silicio amorfo intrínseco y, a continuación, el núcleo de la celda de silicio cristalino de tipo N.

La apuesta de Risen Energy

En la America Latina, la tecnología de celdas HJT fue lanzada recientemente por Risen Energy CO, una empresa que produce esta tecnología desde 2019 fuera del país.

Los módulos de la serie Hyper-Ion de Risen Energy se basan en celdas ultrafinas de media celda de 100 μm derivadas de lingotes de silicio de 210 mm x 210 mm. El menor grosor de la celda, además de dotar al módulo de mayor flexibilidad y fiabilidad, se traduce en una menor huella de carbono para su producción, lo que cumple el equilibrio entre huella de carbono y coste de la electricidad.

El tamaño de 210 mm de la celda es una tendencia en la innovación de la tecnología celular porque permite un mejor aprovechamiento del área del módulo y presenta un bajo voltaje de circuito abierto (Voc), lo que se traduce en optimización de los costes BOS a través de una mejor explotación de la cadena de módulos o strings. Sin embargo, requiere nuevas herramientas y maquinaria para su fabricación, lo que exige elevadas inversiones en la cadena de producción.

Según ITRPV (2022), en 2022, aproximadamente el 20% de la industria de módulos fabricaba celdas de este tamaño, pero la tendencia es que en 2032 estas celdas superen el 50% de cuota de mercado.

Con las celdas de 210 mm, Risen Energy ha lanzado módulos de potencia ultra elevada que superan los 700 Wp, con alta eficiencia, bajo coeficiente de temperatura Pmax y Voc y bajo factor de degradación lineal.

La eficiencia de las celdas HJT Risen alcanza el 25,5%, lo que se refleja en la fabricación de un módulo que alcanza el 22,5% de eficiencia.

Los módulos HJT Risen Energy tienen un coeficiente de temperatura Pmax de -0,24%/°C, el más bajo del mercado fotovoltaico, sobre todo teniendo en cuenta que tecnologías como PERC y TOPCon tienen coeficientes de -0,34%/°C y -0,3%/°C.

Como consecuencia de este menor coeficiente de temperatura, un módulo HJT proporciona una mayor potencia relativa en comparación con los módulos TOPCon y PERC, como se muestra en la Figura 2. Se puede observar que a 65°C el módulo HJT suministra un 3,2% más de potencia pico que el TOPCon, por ejemplo. Esta diferencia aumenta a medida que sube la temperatura. Esto hace que la tecnología HJT sea ideal para regiones de clima cálido, con temperaturas medias elevadas, ya que en estos lugares las tecnologías TOPCon y PERC presentarían mayores pérdidas de potencia y, por tanto, menor generación por kW instalado.

Figura 2 - Comparación de la potencia relativa por temperatura HJT, TOPCon y PERC (Risen,2022)

Otra ventaja que aporta la tecnología HJT a los módulos es la menor degradación lineal de la potencia a lo largo de su vida útil. Los módulos HJT Risen, por ejemplo, tienen un 0,25% de pérdida lineal anual, que es la pérdida de potencia más baja entre los módulos disponibles en el mercado, que oscilan entre el 0,4% y el 0,45% anual. Así, el módulo HJT Risen es la única tecnología que puede suministrar más del 90% de su potencia inicial al cabo de 30 años.

Figura 3 - Degradación de potencia lineal anual comparativa HJT, TOPCon y PERC (Risen,2022)

Mientras que el proceso de fabricación de las celdas PERC y TOPCon requiere pasar las celdas por un horno con temperaturas de 700°C a 850°C durante unas horas para activar la pasivación y sellar los contactos metálicos con las capas de silicio, la fabricación de las celdas HJT es un proceso que ocurre a baja temperatura.

Para mantener la baja temperatura en el proceso de fabricación de la celda y disminuir el consumo de pasta de plata, Risen ha lanzado la celda HJT sin barras colectoras conocidas como busbars, que serán añadidas solo en el montaje del módulo. De este modo, las celdas HJT Risen Energy requieren un menor consumo de energía para su producción, presentando así una reducción de las emisiones de carbono.

Por otro lado, los módulos HJT Risen Energy recibieron el doble de barras colectoras, totalizando 24 barras en su conjunto, lo que contribuye a reducir la densidad de corriente y las pérdidas y aumenta la fiabilidad del módulo, al ser más resistente a las microfisuras en los dedos y al punto caliente.

Los módulos HJT Risen Energy, además de tener un encapsulado desarrollado para la tecnología HJT, tienen la estructura patentada Risen hecha de aleación de acero de alta resistencia, que recibe tratamientos especiales de protección contra la corrosión y presenta mayor resistencia al desgarro y a las presiones puntuales. De este modo, la empresa consigue reducir las emisiones de carbono durante la fabricación de los módulos.

Con toda esta tecnología que rodea a las celdas HJT, los módulos HJT Risen tienen una baja huella de carbono, menos de 400gCO2e/W, mayor potencia por módulo, lo que se traduce en menores costes BOS (balance del sistema), mayor eficiencia, por tanto mayor generación de energía por kW instalado y, en consecuencia, menor coste LCOE (coste nivelado de la energía) de la electricidad generada.

Así, podemos concluir que la era de la tecnología HJT llegó para satisfacer la demanda del mercado energético con bajas emisiones de carbono y menor coste por kWh generado. Risen Energy, se adelanta a esta innovación siendo pionera en el mercado brasileño con la Serie Hyper-Ion HJT.