Исследовательский центр Юлиха добился мирового рекорда в 23,08 % эффективности солнечных элементов с гетеропереходом на основе меди

Аккумулятор FIAMM FG 20721

Сообщается, что эффективность ячейки снизилась всего на 0,4 % по сравнению с эталонным устройством, прошедшим полную металлизацию серебром.

Немецкий Исследовательский центр Юлиха объявил о достижении мирового рекорда эффективности в 23,08 % для солнечного элемента с гетеропереходом (HJT) без использования серебра, полностью металлизированного медью (Cu).

Сообщается, что эффективность ячейки снизилась всего на 0,4 % по сравнению с эталонным устройством, полностью покрытым серебром (Ag). «Ячейки с медью с обеих сторон показали среднюю эффективность 22,4 % в абсолютном выражении и максимальную эффективность 23,08 % в абсолютном выражении, что является самым высоким показателем, когда-либо зафиксированным для ячеек с медью с обеих сторон», — заявили исследователи.

В статье «Достижение высокой эффективности кремниевых солнечных элементов с гетеропереходом с использованием металлизации без серебра», опубликованной в журнале Progress in Photovoltaics, исследовательская группа объяснила, что в их первоначальном анализе учитывались такие факторы, как линейное сопротивление, ширина контакта, соотношение сторон, удельное контактное сопротивление и объёмное сопротивление паст AgCu, Cu и Ag. «Это сравнение показало, что медь (Cu) демонстрирует самые высокие показатели эффективности, превосходя серебро-медь (AgCu), которая, в свою очередь, превосходит серебро (Ag)», — отметили они.

Далее учёные заявили, что гетеропереходные (HJT) элементы являются наиболее подходящими фотоэлектрическими устройствами для предотвращения потенциальной деградации, вызванной медью, из-за быстрого проникновения этого металла в кремний. Это возможно благодаря использованию в HJT-элементах прозрачных проводящих оксидов (TCO), которые действуют как эффективные диффузионные барьеры.

Для своих экспериментов исследователи изготовили ячейки из монокристаллических кремниевых пластин n-типа толщиной 135 мкм и применили три различных метода металлизации: с использованием только серебра, только меди и медно-серебряной (Cu/Ag) пасты для металлизации.

Они использовали планшетную трафаретную печать (SP) для создания «пальцев» из Ag и AgCu с помощью трафарета без узелков с отверстием для «пальцев» диаметром 23 мкм, а для «пальцев» из Cu использовался трафарет с отверстием диаметром 30 мкм.

«Для всех трёх паст использовалась одна и та же конструкция экрана, состоящая из 96 элементов с шагом 1,6 мм. Кроме того, для печати паст Ag, AgCu и Cu использовалось одно сопло, — пояснили они. — Пальцы из Ag и AgCu были подвергнуты отжигу в печи, а отжиг пальцев из Cu проводился вручную, с помещением солнечных элементов на нагревательную пластину».

Команда создала несколько солнечных элементов с различными комбинациями металлизации: устройства с медью на обратной стороне в сочетании с медью, AgCu и Ag на передней стороне, а также элементы с Ag на обратной стороне в сочетании с медью, AgCu и Ag на передней стороне.

Ячейки были протестированы при стандартном освещении. Было установлено, что устройство на основе меди обеспечивает эффективность преобразования энергии 23,08 %, напряжение холостого хода 742,4 мВ, плотность тока короткого замыкания 37,88 мА/см2 и коэффициент заполнения 85,70 %.

Для сравнения: устройство, полностью металлизированное серебром, показало эффективность преобразования энергии 23,79 %, напряжение холостого хода 739,6 мВ, плотность тока короткого замыкания 38,94 мА/см2 и коэффициент заполнения 85,60 %.

Кроме того, ячейка с Ag/Cu на лицевой стороне и Ag на обратной стороне показала эффективность 23,95 %, напряжение холостого хода 743,5 мВ, плотность тока короткого замыкания 39,16 мА/см2 и коэффициент заполнения 82,27 %. Между тем устройство с Ag/Cu на лицевой стороне и Cu на обратной стороне показало эффективность 23,62 %, напряжение холостого хода 743,3 мВ, плотность тока короткого замыкания 39,13 мА/см2 и коэффициент заполнения 81,20 %.

«Эти результаты показывают, какое влияние оказывает использование меди на лицевой, тыльной или обеих сторонах солнечных элементов SHJ, особенно в зависимости от условий отжига меди, — заявила команда исследователей. — По сравнению с элементами, у которых на тыльной стороне находится серебро, элементы с медью демонстрируют более низкую эффективность, что связано с меньшим коэффициентом заполнения, который в среднем снижается на 0,5–3 %. Такое снижение коэффициента заполнения связано с более высоким последовательным сопротивлением».

«Несмотря на то, что медь сталкивается с такими проблемами, как окисление и потенциальное загрязнение кремния, её высокая распространённость и низкая стоимость делают её многообещающим кандидатом для снижения зависимости от серебра», — заключили учёные.