Tecnología HJT para paneles solares: definición, ventajas y desventajas

La tecnología HJT (Heterojunction Technology) combina silicio cristalino y capas delgadas de silicio amorfo para mejorar el rendimiento de los paneles solares. Esta tecnología alcanza eficiencias superiores al 24% y funciona bien en condiciones de baja irradiación y altas temperaturas. La estructura bifacial de las células HJT permite captar luz por ambos lados, aumentando la producción de energía, y presenta una baja degradación con el tiempo.

Los paneles HJT son más costosos de fabricar que otras tecnologías debido a la complejidad de su producción, lo que limita su adopción. Existen otras tecnologías, como los paneles IBC, PERC y bifaciales que tienen sus ventajas y desventajas en comparación con los HJT.

¿Qué es la tecnología de placas solares HJT?

La tecnología HJT (tecnología de heterounión) es una arquitectura de célula solar que combina silicio cristalino y silicio amorfo en una misma célula. El núcleo de silicio cristalino está entre 2 capas de silicio amorfo, lo que reduce las pérdidas de energía y mejora el rendimiento general en la tecnología HJT.

La tecnología de paneles solares HJT fue desarrollada por SANYO allá por el año 1980, siendo posteriormente adquirida por Panasonic en 2009. La patente de esta tecnología expiró en el año 2010, y desde entonces, algunos fabricantes la han empleado en la fabricación de sus módulos fotovoltaicos, como es el caso de REC en sus paneles Alpha Pure-R y Alpha Pure R-X.

El funcionamiento de esta tecnología consiste en que se combina silicio cristalino N-Type/Tipo-N y silicio de película delgada amorfa en una sola célula para generar más energía de la que cualquiera de las tecnologías puede cosechar por separado. Es un tipo de célula tandem (combina más de una capa de material semiconductor de diferente composición).

HJT es un tecnología avanzada de paneles de última generación cuya curva de mejora de eficiencia y rendimiento es mejor que la del resto de tecnologías existentes en la actualidad.

¿Qué partes tiene una célula HJT?

Las 8 capas que componen la estructura tradicional de una célula HJT se describen a continuación.

1. Capa de óxido conductor transparente (TCO) (Frontal): Compuesta de Óxido de indio y estaño (ITO) u óxidos conductores similares. Actúa como revestimiento antirreflectante y proporciona contacto eléctrico para la cara frontal de la célula.
2. Capa frontal emisora: Compuesta de Silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) (tipo p). Esta capa sirve de emisor, donde se produce la separación de pares electrón-hueco tras la absorción de fotones.
3. Capa de pasivación: Compuesta de silicio amorfo hidrogenado intrínseco (a-Si:H). Proporciona una excelente pasivación superficial para la oblea de silicio cristalino, reduciendo las pérdidas por recombinación y mejorando la eficiencia de la célula.
4. Capa base: Compuesta de silicio monocristalino (dopado tipo n). Capa absorbente primaria que capta la mayor parte de la luz solar y genera la mayoría de los pares electrón-hueco.
5. Capa de pasivación posterior: Compuesta por silicio amorfo intrínseco (a-Si:H). Pasiva la cara posterior de la oblea de silicio cristalino, minimizando la recombinación y mejorando el rendimiento.
6. Capa emisora posterior: Compuesta por silicio amorfo hidrogenado (tipo n). Actúa como emisor trasero, facilitando el flujo de electrones hacia el contacto trasero.
7. Capa de óxido conductor transparente (TCO) (posterior): Óxido de indio y estaño (ITO) u óxidos conductores similares. Proporciona contacto eléctrico y propiedades antirreflectantes para la parte trasera de la célula.
8. Contactos metálicos (frontal y posterior): Compuesta de Plata (Ag) o cobre (Cu). Recoge los electrones de las capas delantera y trasera y los transporta fuera de la célula para la generación de electricidad.

¿Cómo funciona una célula HJT?

El proceso paso a paso desde que la luz solar (fotones) incide sobre la superficie de una célula con tecnología HJT y HIT, hasta que se recogen los electrones generados en la capa inferior, se indica a continuación.

Cuando la luz solar incide en la superficie superior de la célula HJT o HIT, primero se encuentra con el revestimiento antirreflectante (ARC), normalmente de nitruro de silicio (SiNx). Esta capa reduce la reflexión, garantizando que la mayoría de los fotones entren en la célula en lugar de rebotar. La función principal del revestimiento es permitir que penetre el máximo de luz en la célula, lo que aumenta la eficiencia global.

Debajo del ARC la luz solar se encuentra con una capa de óxido conductor transparente (de indio y estaño o ITO). Esta capa es transparente y permite el paso de la luz, al tiempo que actúa como contacto eléctrico. Su función es recoger los electrones generados y guiarlos hacia el circuito externo, permitiendo al mismo tiempo que la luz llegue a las capas inferiores.

A medida que la luz penetra en la célula, llega a la primera capa semiconductora activa: el emisor de silicio amorfo (a-Si). Esta fina capa está dopada (P) para crear un campo eléctrico que impulsa a los electrones hacia las capas conductoras. La función del emisor es separar los electrones de sus correspondientes huecos, poniéndolos en movimiento.

El corazón de la célula HJT es una oblea de silicio cristalino, normalmente silicio de tipo n. Esta capa es donde se produce la mayor parte de la generación de electrones. Cuando se absorben los fotones, éstos desprenden electrones de sus átomos, creando pares electrón-hueco. La oblea de tipo n está optimizada para una alta movilidad de los electrones, y esto permite una recogida eficaz de la carga de estos.

A medida que los electrones descienden por la célula, encuentran otra capa de silicio amorfo en la parte posterior. Esta capa está diseñada para pasivar la superficie posterior, reduciendo las pérdidas por recombinación y preservando la energía de los electrones. Además garantiza que la mayoría de los electrones sigan moviéndose hacia el contacto trasero.

Tras atravesar las capas activas, los electrones llegan a la capa posterior de óxido conductor transparente. Esta capa de TCO recoge los electrones y los transporta al contacto trasero. Su transparencia permite que cualquier resto de luz se refleje de nuevo en la célula, aumentando las posibilidades de que se sigan generando electrones.

Luego los electrones llegan al contacto metálico posterior, normalmente de aluminio. Esta capa recoge todos los electrones que han viajado por la célula y los dirige al circuito externo, donde alimentan los dispositivos eléctricos.

¿Cuáles son las ventajas de los paneles solares HJT?

Las ventajas que tienen los paneles solares de tecnología HJT se listan a continuación.

• Menos pasos en el proceso de fabricación; ideal para nuevos fabricantes que comienzan desde cero o fabricantes existentes que mueven estratégicamente su hoja de ruta tecnológica en una dirección diferente.
• Coeficientes de temperatura más bajos para una mayor producción de energía en entornos de mayor temperatura / alta irradiancia.
• Mayor eficiencia (entre 22% y 24%) a través de la captura de más electrones de capas combinadas de silicio cristalino y amorfo, además de menos recombinación superficial.
• Menor susceptibilidad a LID (degradación por luz inducida) y posiblemente LeTID (degradación inducida por exposición a la luz y temperaturas altas).
• El encapsulante TPO (mejor que el EVA) que ofrece más resiliencia contra la humedad.
• Mayor potencial de bifacialidad (entre un 90% y un 95%).
• Mejores garantías que los paneles convencionales.

¿Cuáles son las desventajas de los paneles solares HJT?

Las células solares HJT tienen también algunas desventajas que se resumen a continuación.

• Proceso de fabricación complejo: La producción de células HJT implica un proceso de fabricación más complejo y costoso que el de las células solares de silicio convencionales. Esta complejidad es debida a la necesidad de depositar capas de silicio amorfo sobre obleas de silicio cristalino.
• Mayores costes de producción: Debido a la complejidad del proceso de fabricación y a los materiales utilizados, las células HJT son más caras de producir.

¿Qué marcas comercializan paneles HJT?

Las principales marcas que comercializan paneles solares con tecnología HJT están listadas a continuación

1. REC Solar
2. AKcome
3. Futurasun
4. Meyer Burger
5. Panasonic
6. Phonosolar
7. Sonnex Energie

De todas estas marcas, la más representativa de la tecnología HJT es REC Solar que además incrementa el valor de los HJT al incorporar un sistema de conexionado de células sin soldaduras ni bus-bars que lo diferencia ampliamente del resto de marcas de paneles HJT.

¿Qué otras tecnologías de paneles solares existen?

En el mercado actual existen otras tecnologías fotovoltaicas que se comercializan para comprar paneles solares que compiten con la HJT, como son: PERC, TOPCon, IBC, Multiunión y los paneles solares bifaciales.

Comparación de cada tecnología con HJT.

• PERC vs. HJT: PERC ofrece buena eficiencia (20-22%) y es económico, pero HJT supera en eficiencia (22-24%), mejora en rendimiento en baja irradiancia, alta temperatura y resistencia a la degradación.
• TOPCon vs. HJT: HJT es más eficiente y tiene mejor rendimiento en altas temperaturas, aunque TOPCon es más competitivo en precio.
• IBC vs. HJT: IBC es más eficiente (hasta 25%) pero más caro. HJT es más fácil de fabricar, con mejor rendimiento en baja luz y temperaturas altas.
• Multiunión vs. HJT: Multiunión es muy eficiente (>40%) pero extremadamente caro y especializado. HJT es más asequible y adecuado para aplicaciones comerciales y residenciales.
• Bifacial vs. HJT: Los bifaciales aumentan la producción en condiciones óptimas de superficies con reflexión. HJT puede ser bifacial, combinando alta eficiencia y captación de luz adicional.

IBC

Las células solares de contacto trasero interdigitado (IBC) son una tecnología de alta eficiencia que optimiza la colocación de los contactos eléctricos. A diferencia de algunas configuraciones HJT (excepto la tecnología Gapless de REC que no utiliza soldaduras), que tienen contactos en la parte delantera y producen sombras sobre la zona activa de la célula, las células IBC colocan todos los contactos en la parte trasera de la célula.

Este diseño reduce las pérdidas por sombreado y permite una mayor absorción de la luz solar, lo que se traduce en una mayor eficiencia de los paneles solares IBC en comparación con HJT.

PERC

La tecnología de células PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) mejoran la eficiencia de las células solares tradicionales añadiendo una capa de pasivación en la parte posterior de la célula pero no la de las células HJT. Esta capa refleja la luz no absorbida hacia el interior de la célula, lo que le permite captar más luz solar y generar más electricidad.

Los paneles PERC son muy utilizados por su precio relativamente bajo aunque su eficiencia es inferior a la de los paneles HJT.

Se utilizan mucho en proyectos solares residenciales, comerciales y grandes plantas de generación, ya que ofrecen un buen equilibrio entre rendimiento y coste.

Paneles bifaciales

Las células solares bifaciales están diseñadas para captar la luz solar tanto por la parte delantera como por la trasera del panel, lo que aumenta la generación total de energía del panel. La parte trasera de la célula puede absorber la luz reflejada por el suelo o las superficies cercanas (albedo), lo que aumenta la eficiencia del panel, sobre todo en entornos con un alto albedo, como zonas nevadas o tejados blancos.

Los paneles bifaciales ofrecen hasta entre un 5% y un 30% más de energía que los monofaciales tradicionales, dependiendo, claro está, de las condiciones de instalación (superficie).

Los paneles bifaciales están ganando protagonismo en el sector fotovoltaico y cada día se instalan más en todo tipo de aplicaciones, residenciales, comerciales y plantas de generación.