Ее КПД близок к теоретическому пределу.
В Китае создана самая эффективная солнечная батарея в мире — среди кремниевых однопереходных.
О достижении фирма-разработчик Longi сообщила в начале этого года. Гибридная ячейка с встречными задними контактами (HIBC) показала рекордный КПД в 27,81%, что было официально подтверждено Институтом исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH). Теперь в журнале Nature вышла статья с техническими подробностями.
Чтобы солнечная энергетика могла полностью реализовать свой потенциал, фотоэлементы и панели должны преобразовывать в электричество как можно больше солнечного света. Обычные серийные элементы достигают КПД около 26% — то есть, лишь четверть падающего на них света становится током.
Новая разработка приближает технологию к физическому пределу. Для кремниевых элементов с одним p-n переходом этот предел составляет чуть менее 30%, в то время как абсолютный теоретический максимум, известный как предел Шокли — Квиссера, равен 33,7%.
Ключевая задача
Исследователям удалось преодолеть одно из главных препятствий на пути к повышению эффективности — так называемый коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики (FF). Этот параметр можно назвать «производительностью» элемента: он показывает, какая доля от теоретически возможной мощности преобразуется в полезную электроэнергию.
Высокий FF означает, что электрический ток течет плавно и с минимальными потерями, а низкий — что мощность рассеивается внутри элемента. В основном это происходит из-за того, что заряды преодолевают высокое сопротивление в проводниках или рекомбинируют, столкнувшись с противоположными по знаку.
Технологические решения
Решение, которое нашли исследователи для повышения FF, — это гибридный элемент, созданный с помощью двух ключевых инноваций.
- Первая — это новая конструкция задних контактов (электрических выводов, собирающих ток). Команда использовала лазер для кристаллизации материала контакта, что позволило создать быстрые и высокопроводящие пути для тока. Это снизило сопротивление и улучшило коэффициент заполнения.
- Вторая инновация — применение продвинутой обработки поверхности и новой технологии iPET (in situ passivated edge technology — технология пассивации кромок in situ, то есть непосредственно по месту изготовления). Это повысило стабильность и эффективность элемента за счет подавления рекомбинации, в том числе и на краях, где потери электроэнергии особенно велики.
Новый элемент был независимо протестирован и сертифицирован немецким ISFH в строгих лабораторных условиях. Результат составил 27,81% КПД и 87,55% коэффициента заполнения.
«Эти инновации представляют собой как экспериментальный, так и теоретический прорыв на пути к созданию масштабируемых высокоэффективных кремниевых фотоэлектрических элементов», — отметили исследователи в своей статье.
В планах ученых — усовершенствование электрических контактов для дальнейшего снижения сопротивления и оптимизация лазерного процесса, чтобы сделать эту технологию пригодной для массового производства.