Самая эффективная солнечная батарея: секреты китайских ученых

Китайские исследователи поделились техническими деталями прорывной разработки — самой эффективной солнечной батареи в мире. Этот гибридный элемент по технологии HIBC (Hybrid Interdigitated Back-Contact) продемонстрировал КПД в 27,81%, что было подтверждено Немецким научно-исследовательским институтом солнечной энергетики (ISFH).

Для реализации потенциала солнечной энергетики крайне важно, чтобы солнечные элементы и панели преобразовывали максимальное количество солнечного света в энергию. В то время как стандартные ячейки обычно достигают КПД до 26%, новая разработка приблизила нас к теоретическому пределу для однопереходных кремниевых ячеек, который составляет чуть менее 30%, а теоретический максимум по пределу Шок-Ля-Квицера — 33,7%.

Ключевая проблема: фактор заполнения (FF)

Основным препятствием на пути к повышению эффективности солнечных батарей является так называемый фактор заполнения (FF). Этот показатель отражает, какая доля теоретически возможной мощности преобразуется в реально используемую электрическую энергию. Высокий FF свидетельствует о беспрепятственном и эффективном потоке электричества, тогда как низкий FF указывает на внутренние потери мощности. Эти потери возникают из-за высокого сопротивления в проводниках или рекомбинации, когда несущие заряд частицы сталкиваются друг с другом.

Инновации в солнечных элементах

Для решения проблемы низкого FF исследователи применили гибридную конструкцию, включающую два основных новшества. Во-первых, был разработан новый дизайн задних контактов — электрических терминалов, отвечающих за сбор тока. Используя лазерную кристаллизацию материала контактов, команда создала быстрые и проводящие пути для электричества, тем самым снизив сопротивление и повысив фактор заполнения.

Второе новшество заключается в применении передовой обработки поверхности и новой технологии iPET (in situ passivated edge technology — пассивация кромок in situ). Эти меры повысили стабильность и эффективность ячейки за счет подавления рекомбинации, особенно на краях, где потери энергии наиболее вероятны.

Независимое тестирование в контролируемых лабораторных условиях подтвердило эффективность ячейки на уровне 27,81% и фактор заполнения 87,55%. Ученые отмечают, что эти инновации представляют собой как экспериментальные, так и теоретические достижения в области создания масштабируемых кремниевых фотовольтаических систем высокой эффективности.

Следующим шагом для команды Longi станет дальнейшее снижение электрического сопротивления путем улучшения контактов и оптимизация лазерного процесса для обеспечения масштабируемости технологии для массового производства.