Paneles Solares PERC

La tecnología PERC (Passivated Emitter Rear Cell) incorpora una lámina reflectante (dielectric layer) en la cara posterior de la célula que, por un lado permite una mayor captación de la radiación solar, y por otro, una mayor captación de electrones.

Con esto, lo que se consigue es generar más electricidad y en consecuencia, mayor potencia en el panel solar.

En la imagen anterior se muestra la diferencia en la captación de luz solar en una célula solar estándar y en una célula solar con tecnología PERC. Lo que se muestra es como, en la célula estándar, una gran parte de la luz solar sale y/o es absorbida por la cara posterior de la célula, por lo que se desperdicia. Mientras que en la tecnología PERC, los fotones de la luz solar rebotan hacia dentro de la célula para darles “una segunda oportunidad” para generar electricidad.

Aunque la imagen lo muestra claramente, lo que se puede ver es como, en la célula estándar una gran parte de los electrones acaban en la cara posterior metálica de la célula, sin embargo, en la célula PERC, la capa aislante posterior permite que gran parte de esos fotones sean recuperados y captados por la capa emisora (tipo P), por lo que se consigue mayor corriente y, en consecuencia, mayor potencia.

¿Qué partes tiene una célula PERC?

Las 8 capas de una estructura de célula solar PERC son las de la siguiente lista.

1. Revestimiento antirreflectante (ARC): Se aplica en la superficie superior para reducir la reflexión y mejorar la absorción de la luz y suele estar compuesta de nitruro de silicio SiNx (Si₃N₄).
2. Contacto frontal (rejilla de plata): Patrón de rejilla metálica que recoge la corriente generada y facilita su flujo.
3. Capa emisora (silicio dopado): Capa superior de la célula de silicio, normalmente dopada con fósforo (tipo n), donde la luz solar genera pares electrón-hueco.
4. Capa base (silicio dopado): El cuerpo principal de la célula, normalmente silicio de tipo p, donde se generan y recogen los portadores de carga.
5. Capa de pasivación (cara posterior): Una capa de óxido de aluminio (Al₂O₃) que reduce las pérdidas por recombinación y mejora el atrapamiento de la luz.
6. Capa dieléctrica trasera: Una capa de nitruro de silicio (SiNx) u óxido de silicio (SiO₂) que proporciona más pasivación y mejora la reflectividad.
7. Contacto trasero (capa de aluminio): La capa final que recoge y conduce la corriente eléctrica generada por la célula.
8. Capa de superficie posterior (BSF): Compuesto de silicio dopado con aluminio (Al-Si) y situado justo encima de la capa de aluminio, ayuda a reducir la recombinación reflejando los electrones hacia el interior de la célula.

Esta estructura permite una mayor eficiencia, especialmente en condiciones de poca luz o temperaturas más altas.

¿Cómo funciona la tecnología PERC?

El funcionamiento de una célula PERC, desde que la luz solar (fotones) incide sobre su superficie hasta que se recogen los electrones generados en la capa inferior, se indica a continuación.

Cuando la luz solar incide en la superficie de un panel solar PERC (célula emisora y trasera pasivada), la primera capa que encuentra es el revestimiento antirreflectante que reduce la reflexión, permitiendo que más luz penetre en la célula en lugar de rebotar. Esto aumenta el número de fotones que entran en la célula, aprovechando la máxima cantidad de energía solar para su conversión en electricidad.

A continuación los fotones atraviesan el ARC y entran en la capa emisora y excitan los electrones, liberándolos de sus enlaces atómicos y generando pares electrón-hueco. El campo eléctrico creado por el dopaje de esta capa dirige los electrones y los huecos en direcciones opuestas: los electrones se adentran en la célula, mientras que los huecos se dirigen hacia el contacto frontal.

Una vez atravesado el emisor, los electrones pasan a la capa base de silicio que sirve de vía principal para los electrones que viajan a través de la célula. A medida que los electrones atraviesan esta capa, son guiados hacia la parte posterior de la célula.

Cuando los electrones llegan a la parte trasera de la célula, se encuentran con la innovación que diferencia a la tecnología PERC: la capa de pasivación trasera. Esta capa cumple dos funciones: en primer lugar, refleja los fotones no absorbidos de vuelta a la capa de silicio, dándoles una segunda oportunidad de generar pares electrón-hueco; en segundo lugar, reduce las pérdidas por recombinación impidiendo que los electrones se recombinen con los huecos en la superficie posterior.

Tras atravesar la capa de pasivación trasera, los electrones se encuentran con el contacto trasero de aluminio. En las células convencionales, toda la superficie posterior está cubierta de metal, pero en las células PERC, el contacto metálico está diseñado en un patrón con aberturas localizadas (una especie de malla). El contacto trasero de aluminio recoge los electrones y los dirige fuera de la célula, donde fluyen hacia un circuito externo para producir electricidad.

La tecnología PERC se puede utilizar tanto en células con base de silicio monocristalino, como en células con base de silicio policristalino. Siendo las primeras (Mono PERC) las grandes dominadoras del mercado fotovoltaico desde el año 2017.

Las células Mono PERC se fabrican con silicio monocristalino, caracterizado por una estructura cristalina única y continua. Este tipo es conocido por su mayor eficiencia y rendimiento, lo que lo convierte en la opción preferida para la mayoría de las instalaciones solares modernas, sobre todo en proyectos residenciales y comerciales.

Las células Poly PERC están fabricadas con silicio policristalino, compuesto por múltiples cristales de silicio. Tienen una eficiencia menor que las células Mono PERC, pero al ser más baratas se utilizan en aplicaciones en las que el coste es un factor importante. En cualquier caso, su comercialización es mínima en comparación con las Mono PERC.

Las 6 principales ventajas de los paneles solares PERC están listadas a continuación.

• La tecnología PERC se comporta mejor en entornos de poca luz que los paneles estándar poly y mono.
• Las células PERC mejoran el rendimiento de las utilizadas en los paneles tradicionales en las primeras horas de la mañana y últimas de la tarde, además de en entornos nublados.
• Generan menos calor que las células tradicionales, por lo que mejoran el rendimiento en latitudes con temperaturas elevadas.
• Mejor rendimiento: En esta primera gráfica podemos ver una comparativa sobre la eficiencia relativa de un panel respecto al resto. Es decir, se muestra cuánto mejor es el rendimiento de un panel fotovoltaico Poly tradicional, Mono tradicional… frente a los paneles solares PERC. Como se puede ver, y como ya habíamos comentado, los modelos PERC son los que mejor rendimiento poseen.
  
• Mejor eficiencia en condiciones de baja irradiación: En esta segunda gráfica, vemos la diferencia de eficiencia en condiciones de baja irradiación comparando tecnología tradicional con la nueva tecnología de paneles fotovoltaicos PERC.
  

Las 5 mayores desventajas de los paneles solares PERC se listan a continuación.

• Límite de eficiencia inferior a otras tecnologías como las HJT, la de contactos traseros IBC, o la TOPCON.
• Utiliza bus-bars (cintas de conexión) entre sus células, que son susceptibles de roturas.
• Utiliza soldaduras para las conexiones entre sus células, que provocan más temperatura y un potencial problema de hot-spots a medio plazo.
• Degradación a lo largo del tiempo: Las células PERC pueden experimentar una degradación más rápida que las HJT, TOPCon e IBC, lo que reduce su eficiencia con el paso del tiempo comparado con las otras tecnologías.
• Sensibilidad a la temperatura: Las células PERC tienen un coeficiente de temperatura más elevado que otras tecnologías más avanzadas (HJT, IBC, TOPCon), lo que significa que su eficiencia disminuye más notablemente en entornos de alta temperatura en comparación con las otras tecnologías.

Las células PERC se combinan a menudo con otras tecnologías como shingle y half cell para mejorar su rendimiento y fiabilidad.

La disposición en teja (Shingle) consiste en superponer células PERC más pequeñas para aumentar la superficie disponible para la absorción de la luz solar. Esta configuración reduce el impacto de las sombras y aumenta la potencia total del panel al minimizar la separación entre las células.

Otra combinación aún más frecuente es la configuración de media célula, en la que las células PERC se dividen en dos mitades. Esto reduce la resistencia eléctrica dentro de las células, lo que mejora la eficiencia y reduce la generación de calor.

En el mercado fotovoltaico actual existen otras tecnologías alternativas a la tecnología PERC que, por presencia y competencia, son TOPCon, HJT, IBC, paneles bifaciales y capa fina.

Las principales diferencias de esas tecnologías en comparación con la PERC están listadas debajo.

• TOPCon vs. PERC: TOPCon tiene mejor eficiencia y rendimiento en baja irradiación y altas temperaturas, pero tienen un precio más alto que PERC.
• HJT vs. PERC: HJT ofrece mayor eficiencia y menor degradación térmica, pero es más caro que PERC.
• IBC vs. PERC: IBC tiene mayor eficiencia, menor degradación y mejor estética, pero es más complejo y costoso de fabricar que PERC.
• Bifaciales vs. PERC: Bifaciales generan energía en ambas caras, aumentando la producción en superficies reflectantes, mientras que los PERC monofaciales solo en una.
• De capa fina vs. PERC: Capa fina es más ligera y flexible, pero tienen menor eficiencia y durabilidad que los PERC.

IBC

Las células IBC son una tecnología solar de alta eficiencia, superior a la que alcanzan las células PERC, en la que todos los contactos eléctricos están situados en la parte posterior de la célula. Las células IBC reducen las pérdidas por sombreado sobre la célula de los contactos metálicos tradicionales y permiten una absorción más eficiente de la luz.

Los paneles solares IBC también son conocidos por su rendimiento superior a las PERC en condiciones de poca luz y por su capacidad para mantener una mayor eficiencia a lo largo del tiempo.

HJT

Las células de heterounión (HJT) son una tecnología solar más avanzada que las PERC que combina silicio cristalino con finas capas de silicio amorfo, creando una estructura celular altamente eficiente y estable. Este enfoque en tándem permite a las células HJT alcanzar un rendimiento superior que las células PERC, especialmente en entornos de alta temperatura, gracias a su coeficiente de baja temperatura.

Los paneles HJT también son conocidos por su alta bifacialidad (hasta un 95%), lo que significa que pueden captar la luz solar por ambos lados, lo que aumenta su rendimiento en instalaciones en las que se utilizan superficies reflectantes.

Paneles bifaciales

Las células solares bifaciales son un tipo avanzado de tecnología fotovoltaica que puede captar la luz solar tanto por la cara frontal como por la posterior del panel. Esta capacidad de doble cara permite a las células bifaciales generar más electricidad que las células monofaciales tradicionales, sobre todo cuando se instalan en entornos de superficies reflectantes con un alto albedo, como tejados blancos, suelos nevados o desiertos arenosos.

Esta capacidad de captación de radiación solar por la cara posterior puede aumentar la eficiencia global del sistema entre un 10% y un 30%, dependiendo de las condiciones de instalación.

Los paneles solares bifaciales suelen fabricarse con tecnologías como las PERC, y sobre todo con TOPCon o HJT, que mejoran su rendimiento.

¿Es recomendable comprar módulos fotovoltaicos PERC

Sí, es recomendable comprar módulos fotovoltaicos PERC, porque tienen un buen rendimiento, funcionan bien en condiciones de baja luminosidad, lo que significa que hasta en los meses de invierno producirán corriente, y porque tienen una tecnología estandarizada con precios competitivos.