La indústria fotovoltaica ha canviat molt ràpidament gràcies a la tecnologia durant els últims cinquanta anys. La recerca d'una major eficiència, un menor cost anivellat de l'electricitat (o LCOE) i una millor fabricabilitat ha donat lloc a nombroses generacions de tecnologia de cèl·lules solars. Des de dissenys simples de silici cristal·lí fins a estructures avançades en tàndem, cada generació representa tant el desenvolupament científic com una competència agressiva entre els fabricants que condueix a una implementació a gran-escala a la indústria. A l'assaig següent, examinarem les fites més significatives en la progressió de la tecnologia fotovoltaica, incloses les tecnologies dominants, les seves innovacions i les tecnologies noves i en desenvolupament que estan canviant la manera com produïm i consumim energia solar.
La primera generació: Al-BSF - La Fundació
Durant dècades, l'estàndard del sector va ser la cèl·lula de camp de superfície posterior d'alumini (Al-BSF). Aquesta estructura senzilla però eficaç, normalment basada en silici monocristal·lí o multicristal·lí de tipus p-, presentava un contacte posterior d'alumini d'-àrea completa. El seu procés de fabricació era relativament madur i de baix-cost, la qual cosa va permetre la primera-comercialització a gran escala de l'energia solar. Tanmateix, Al-BSF tenia una limitació fonamental: una severa recombinació de la-superfície posterior. Els electrons generats prop de la superfície posterior es recombinarien fàcilment, limitant la tensió del circuit obert-de la cèl·lula i, en conseqüència, el seu sostre d'eficiència pràctica al voltant del 18-19%. A principis de la dècada de 2010, va quedar clar que Al-BSF ja no podia assolir els objectius d'eficiència del sector, la qual cosa va provocar la recerca d'una estructura millor.
La segona generació: PERC - The Game Changer
L'avenç va arribar amb l'arquitectura de l'emissor passivat i la cèl·lula posterior (PERC). Inicialment inventat a la dècada de 1980, però només comercialitzat a gran escala al voltant del 2015-2018, PERC va introduir una innovació crítica: una capa de passivació (normalment òxid d'alumini) a la superfície posterior. Aquesta capa va repel·lir els portadors minoritaris i va reduir dràsticament la recombinació, permetent una tensió més alta i una millora de la captura de la llum. Les cèl·lules PERC van augmentar ràpidament l'eficiència-de producció massiva del 19% a més del 23%, i el seu procés de fabricació només va requerir modificacions marginals a les línies d'Al-BSF existents. En conseqüència, PERC es va convertir en la tecnologia principal indiscutible durant gairebé una dècada. Tanmateix, el 2022-2023, el PERC va començar a acostar-se al seu límit d'eficiència teòrica d'aproximadament el 24,5%, enfrontant-se a rendiments decreixents i al problema de la degradació induïda per la llum-(LID), obrint el camí per a la propera generació.
La tercera generació: tecnologies de tipus N-: TOPCon i HJT
A mesura que s'acostava el sostre de PERC, el focus es va desplaçar cap a h-hòsties de silici de tipus n, que ofereixen una vida útil superior del portador minoritari i una tapa zero. Dues arquitectures van sorgir com a primeres-.
La creació de TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) va començar amb el desenvolupament d'estructures semblants a PERC-. La millora va implicar l'ús d'una capa d'òxid de túnel dielèctric molt prima combinada amb una capa de polisilici de superfície altament-dopada-. Això condueix a una qualitat excepcional tant en contacte com en passivació. TOPCon va superar ràpidament el 25% d'eficiència en la producció massiva de cèl·lules, amb alguns dels fabricants de cèl·lules més grans que van informar d'eficiència de més del 26% de vegades. Un altre avantatge significatiu per a TOPCon va ser la seva capacitat de treballar a les línies de producció de PERC existents, que requerien un mínim d'eines addicionals, cosa que li donava un clar avantatge econòmic i es va establir com la tecnologia principal a finals de 2025.
La tecnologia HJT (Heterojunction Technology) passiva la superfície d'una hòstia cristal·lina de tipus n- mitjançant capes de silici amorf. HJT proporciona tensions de circuit obert-extremadament elevats (superiors a 750 mV), menys passos de procés (processament menys complicat), un coeficient de temperatura més baix i és naturalment bifacial. Tot i que les eficiències de HJT són lleugerament inferiors a les de TOPCon (al voltant del 25,5% en els registres de producció massiva/eficiència en els entorns de laboratori han estat superiors al 26,8%), la seva inversió significativament més alta requerida (a causa del cost dels equips PECVD i PVD) i el gran ús d'indi ha dificultat la velocitat amb què la tecnologia pot penetrar al mercat. No obstant això, HJT continua sent un gran competidor al mercat, especialment quan s'aprofita les tecnologies d'estalvi-de coure o plata-.
La frontera del futur: tàndems aC i perovskita
De cara al futur, dues tecnologies prometen redefinir el sostre d'eficiència. Les cèl·lules de contacte posterior interdigitat (BC) mouen tots els contactes elèctrics cap a la part posterior, eliminant completament l'ombrejat de la xarxa frontal-. D'aquesta manera, s'obté una aparença totalment-negra i uns guanys d'eficiència d'entre un 0,5 i un 1% respecte a TOPCon estàndard. Els líders de la indústria han estat empenyent BC a la producció en massa, posicionant-lo com la següent iteració important.
Una forma encara més disruptiva de la tecnologia de cèl·lules solars és la cèl·lula solar en tàndem, que consta d'una cèl·lula superior de perovskita (per capturar fotons d'energia més alta) i una cèl·lula inferior de silici (per capturar fotons d'energia més baixa-) apilades en una unitat, ha fet que l'eficiència de les cèl·lules solars superi el llindar del 30% i actualment té una eficiència de laboratori superior al 33%. La resta d'obstacles amb aquesta tecnologia inclouen: estabilitat, fabricació de grans àrees i toxicitat del plom. Els principals fabricants ja han establert línies pilot per a la producció en previsió de resoldre aquests problemes, i si es poden abordar aquests obstacles, aleshores els tàndems de perovskita tindran un impacte significatiu en l'ús de l'energia solar, i molt probablement augmentaran l'eficiència dels productes-produïts en massa per sobre del 35%.
Conclusió
La iteració tecnològica de la indústria fotovoltaica és una narrativa fascinant de millora contínua i substitució estratègica. Des de la senzillesa d'Al-BSF fins al domini de PERC, i des de la carrera d'eficiència de TOPCon i HJT fins a la promesa radical dels tàndems de BC i perovskita, cada fase ha desbloquejat nous nivells de rendiment i rendibilitat-. Avui, la indústria es troba en una cruïlla de camins emocionant: mentre que les unitats TOPCon impulsen el volum actual, les tecnologies BC i tàndem estan a punt per definir la propera dècada. Aquesta evolució implacable subratlla una veritat senzilla: en solar, l'única constant és la recerca de maneres més eficients de recollir l'energia il·limitada del sol.
