Chińczycy odsłaniają kulisy rekordu: krzemowe ogniwo HIBC ze sprawnością 27,81 proc.
Chiński producent ogniw i modułów fotowoltaicznych LONGi pokazuje, jak integracja różnych technologii pozwoliła przesunąć granice efektywności ogniw monokrystalicznych.
Chiński producent ogniw i modułów fotowoltaicznych LONGi ujawnił szczegóły techniczne rekordowego krzemowego ogniwa słonecznego o sprawności 27,81 proc., które firma po raz pierwszy zaprezentowała w kwietniu 2025 r. Nowa publikacja naukowa opisuje hybrydowe ogniwo z tylnymi kontaktami typu hybrid interdigitated back-contact (HIBC) oraz zestaw zaawansowanych procesów technologicznych, które pozwoliły osiągnąć tak wysoką sprawność dla krzemowego ogniwa jednozłączowego.
Odświeżone spojrzenie
W momencie ogłoszenia rekordu LONGi informowało tylko, że nowe ogniwo osiągnęło 27,81 proc. sprawności, a wynik został potwierdzony przez niemiecki Instytut Badań nad Energią Słoneczną (ISFH). Firma podkreślała wtedy, że kluczowe było przeprojektowanie zarówno architektury ogniwa, jak i systemu materiałów, co dało jednoczesny przełom w zarządzaniu światłem i transporcie nośników ładunku.
W publikacji na portalu PV Magazine zespół badawczy Longi wyjaśnia, że nowe ogniwo HIBC wykorzystuje pasywowane styki tunelowe i warstwy dielektryczne, a z tyłu ogniwa znajdują się zarówno kontakty typu n, jak i typu p. Jako bazę zastosowano wysokorezystywny połówkowy wafel krzemowy M10 z pasywacją krawędzi. Kontakt typu n formowany jest w złożonym procesie łączącym wysoką i niską temperaturę, co pozwala na równoczesne domieszkowanie i pasywację krawędzi. Na przedniej, teksturowanej powierzchni umieszczono warstwę tlenku indu i cyny (ITO) wspomagającą boczny transport ładunku oraz wielowarstwowy stos tlenku glinu (AlOx) i azotku krzemu (SiNx), który ogranicza rekombinację nośników. Całość uzupełnia warstwa amorficznego krzemu (a-Si).
Aby ograniczyć dyfuzję domieszek do wafla, badacze zmniejszyli poziom domieszkowania fosforem w warstwie polikrystalicznego krzemu typu n (n-poly-Si) o rząd wielkości. W celu „zbierania dziur” zastosowano busbary osadzone w rowkach o głębokości 8 mikrometrów, przy selektywnym wytrawieniu warstwy ITO. Zwiększono również grubość warstwy a-Si, tak aby w pełni pokrywała złącze p-i-n i otaczała boki warstwy n-poly-Si. Aby obniżyć rezystancję kontaktów, warstwę a-Si poddano krystalizacji przy użyciu impulsowego zielonego lasera nanosekundowego. Autorzy podkreślają, że kluczowe jest precyzyjne dobranie grubości warstwy a-Si, jej parametrów optycznych oraz parametrów lasera, tak aby zachować równowagę między pasywacją a przewodnictwem.
Konsekwencja i zastosowanie różnych technik przyczynami progresu
Rekordową sprawność konwersji energii 27,81 proc. uzyskano na ogniwie o aktywnej powierzchni 133,63 cm2. Ogniwo osiągnęło prąd zwarciowy (Isc) 5 698 mA, napięcie obwodu otwartego (Voc) 744,9 mV oraz współczynnik wypełnienia (fill factor) na poziomie 87,55 proc. Według autorów tak wysokie parametry są efektem połączenia kilku zaawansowanych technik – w tym laserowo indukowanej krystalizacji, pasywacji krawędzi in situ oraz zoptymalizowanych obróbek powierzchni.
Według doniesień Longi rekord 27,81 proc. jest kolejnym etapem dłuższego ciągu wyników: w listopadzie 2022 r. firma ustanowiła rekord 26,81 proc., a następnie podnosiła go do 27,3, 27,4, 27,52 i 27,63 – aż do obecnych 27,81 proc. Longi podkreśla, że HIBC zostało opracowane samodzielnie przez Centralne Instytuty Badawcze firmy, które przebudowały strukturę ogniwa i system materiałów, co dało „podwójny przełom” w zarządzaniu optycznym i transporcie nośników oraz otworzyło nową ścieżkę do zwiększania gęstości mocy modułów.
Według tego samego komunikatu rozwój technologii back-contact (BC) jest powiązany z wdrażaniem zaawansowanego modelu produkcji w tzw. „lighthouse factories” i ma służyć zarówno poprawie efektywności przemysłu PV, jak i realizacji celów transformacji energetycznej.
Więcej szczegółów technicznych na temat nowego ogniwa o rekordowej sprawności można znaleźć z pracy naukowej „Silicon solar cells with hybrid back contacts” opublikowanej w czasopiśmie Nature. Wśród autorów pracy znaleźli się w większości pracownicy LONGi Green Energy Technology Co., Ltd.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
