Enemigos de la fotovoltaica – efecto LID

Continuamos ampliando nuestra serie de artículos sobre calidad, enemigos de la fotovoltaica. Esta vez queremos hablaros sobre un fenómeno conocido y estudiado desde los años 70, el efecto LID ( Light Induced Degradation o Degradación Inducida por la Luz). Este, consiste en una degradación de los módulos fotovoltaicos debido a reacciones químicas en la célula de silicio por la presencia de impurezas que se encuentran en los materiales utilizados y su método de procesamiento durante la fabricación.

¿Qué es LID?

Este fenómeno consiste en una pérdida de potencia y por tanto de eficiencia, que se produce en los módulos de silicio. La merma se crea durante los primeros meses de exposición a la irradiación solar y, hasta el día de hoy, no se ha descubierto cómo evitar totalmente su aparición. Esta degradación puede llegar a provocar pérdidas de hasta un 10 % de su potencia inicial

¿Por qué se produce?

Se produce principalmente por la reacción del boro frente a otros elementos químicos presentes en la célula, como pueden ser el oxígeno, el hierro o el cobre.

Podríamos pensar que eliminando o disminuyendo el boro de las células se solucionaría el problema, pero esto provocaría una reducción de la eficiencia del módulo. Por tanto, a la hora de fabricar la célula fotovoltaica, se debe equilibrar de manera óptima la cantidad de boro, ya que es un dopante del silicio imprescindible para la generación de electricidad. La acción de “dopar una célula” con boro, consiste en enriquecer el silicio con este elemento, lo que le confiere la capacidad de transportar electrones.

Si nos centramos en cómo le afecta el oxígeno, por ejemplo, podemos observar que reacciona formando una estructura estable que llamamos “complejo boro-oxígeno”. Al producirse esta unión, el boro pierde el espacio necesario para permitir el flujo de electrones dentro de la célula (llamado “hueco”), lo que se traducen en una disminución en el rendimiento.

Por tanto, la incidencia de este efecto va a estar determinada por la calidad de la materia prima que posea la oblea de silicio.

Podéis ver como es la estructura molecular del Oxígeno y Boro presentes en la célula de silicio

Aunque se han realizado grandes avances en este sentido, el efecto LID continúa siendo una prioridad que tratar en el desarrollo de módulos. La industria fotovoltaica continúa investigando este fenómeno y realizando grandes esfuerzos para eliminar o limitar los defectos provocados por LID.

 

¿Cómo se detecta LID?

No es un problema que podamos detectar a simple vista. El primer síntoma del fenómeno LID, al que debemos prestar atención, es una bajada de rendimiento de los paneles. En el caso de detectar algún cambio en la producción, tendríamos que utilizar equipos especializados de electroluminiscencia para poder medir el daño.

La electroluminiscencia es una “radiografía del módulo” que hace visibles defectos que se escapan de la inspección visual. Durante este proceso, se inyecta la corriente máxima (Isc) al módulo, lo que hace que emita radiación a una frecuencia únicamente visible con filtros y cámaras especiales. En las mediciones que tomemos, podremos apreciar zonas blancas, grises y negras lo que indica el daño que ha sufrido. Las zonas con colores más oscuros serán las que no tengan actividad eléctrica y por tanto las que disminuirán el rendimiento del panel.

Este es un ejemplo de cómo un módulo es afectado por LID: inicial (izq.) y después de la exposición a la irradiación (der.)

¿Cómo evitar los efectos del LID?

Después de años de desarrollo e investigación para evitar la aparición de este fenómeno, algunos fabricantes han conseguido que las pérdidas por LID se reduzcan a menos de 2%. Todo ello a través de técnicas como:

  • Aplicar altas temperaturas.
  • Inyectar altas corrientes.
  • Aplicar tecnologías avanzadas de láser o LED.

Otra técnica que obtiene grandes resultados es la eliminación del oxígeno dentro de la célula.  El inconveniente es que actualmente la tecnología necesaria para llevarlo a cabo requiere costes extremadamente altos, lo que se traduce en precios poco competitivos. Una solución adaptada por algún fabricante es la sustitución de boro por galio.

 

¿Se produce por igual en todos los módulos?

Si bien este efecto es algo que sucede en todos los módulos, afecta especialmente a los del tipo p-type monocristalino. Esto se debe a que, durante el proceso de fabricación, el oxígeno no puede ser eliminado completamente.

Una medida que evita casi totalmente la aparición de LID es el uso de células “n-type”. La arquitectura de estas células imposibilita la combinación de boro y oxígeno en la capa ancha de la célula (bulk layer).

Aquí podemos ver cómo es la estructura célula PERC n-type y p-type

Esto ocurre porque las células n-type se fabrican prácticamente “a la inversa” de la célula p-type. La capa grande central no está dopada con boro, sino con fósforo. Como no hay boro en la capa ancha de la célula (bulk layer), no se pueden formar los complejos boro-oxígeno.

Conclusión

Para evitar el efecto LID, es importante elegir minuciosamente los materiales y por ende los fabricantes de estos, ya que gran parte de la responsabilidad recae sobre ellos. Los tratamientos de las obleas deben optimizarse para reducir el fenómeno, incluyendo si es necesario más pasos durante la cadena productiva para así mejorar la resistencia del material.

Es fundamental tener en cuenta todas estas variables ya que de ellas dependerá la vida de nuestra instalación y su rendimiento a lo largo de ella. Así mismo podremos evitar o mitigar la aparición de los “enemigos de la fotovoltaica”.

¿Quieres saber más sobre el efecto LID?

Consulta nuestra agenda de formaciones y aprende más sobre este fenómeno y otros enemigos de la fotovoltaica de la mano de los mejores expertos.

Agenda de formaciones