Китайцы вплотную подобрались к теоретическому пределу кремниевых солнечных панелей

Китайская компания LONGi установила новый мировой рекорд эффективности для классического однопереходного кремниевого солнечного элемента, достигнув показателя преобразования солнечного света в электричество 28,29 %. Результат был подтверждён независимыми испытаниями немецкого Института исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH) и стал как никогда ближе к теоретическому пределу для этого типа ячеек.

Рекордная ячейка выполнена по архитектуре HIBC (Hybrid Interdigitated Back Contact) — гибридной конструкции с тонкоплёночными контактными дорожками с тыльной стороны панелей (в англоязычной литературе такие контакты называют «пальцами»). В отличие от классических солнечных элементов, где металлические электроды частично закрывают лицевую поверхность и уменьшают площадь поглощения света, HIBC переносит оба типа электрических контактов на обратную сторону пластины. Это позволяет увеличить активную освещённую область и одновременно снизить потери на рекомбинацию носителей заряда.

Основой элемента стала высокоомная кремниевая пластина формата M10 (182 × 182 мм) с технологиями пассивации краёв и оптимизированными n-переходами. Для улучшения переноса заряда LONGi использовала слой оксида индия-олова (ITO), а многослойные покрытия из оксида алюминия (AlOx) и нитрида кремния (SiNx) снизили поверхностную рекомбинацию. Дополнительно инженеры уменьшили концентрацию фосфора в поликристаллическом кремниевом слое n-типа, чтобы ограничить диффузию примесей внутрь кремния, а специальные глубокие канавки для металлических контактов помогли предотвратить утечки между областями n- и p-типа.

Для снижения сопротивления контактов без ухудшения пассивирующих свойств (они предотвращают химическую и физическую активность на поверхности материалов) исследователи применили лазерную обработку: аморфный кремниевый слой частично кристаллизовали импульсным зелёным наносекундным лазером. LONGi заявляет, что технология HIBC может быть адаптирована для промышленного производства гетеропереходных солнечных элементов, однако дальнейшее повышение эффективности потребует уменьшения омических потерь, особенно в области p-перехода. По оценке компании, современные кремниевые элементы уже достигли примерно 96,2 % от своего теоретического предела эффективности, поэтому дальнейший прогресс будет связан с крайне точной оптимизацией материалов и структуры устройств.

Ранее в этом году компания также установила новые рекорды в области КПД однопереходных кремниевых фотопанелей, последовательно улучшив его с отметки 28,04 %, 28,13 % и, наконец, подняв до 28,29 %. Также LONGi приближается к теоретическому пределу КПД в сфере тандемных солнечных ячеек из кремния и перовскита, добившись их эффективности на уровне 34,6 %, но это уже другая история.