Новая текстура поверхности повышает эффективность солнечных элементов TOPCon на 1 %

Аккумулятор FIAMM FG 20201

Китайские исследователи продемонстрировали одноэтапный процесс текстурирования поверхности с субмикронной структурой, который повысил абсолютную эффективность солнечного элемента TOPCon на 1 % за счет широкополосного антибликового покрытия и снижения электрического сопротивления. Эффективность на уровне отдельных элементов была подтверждена в ходе лабораторных и полевых испытаний.

Исследовательская группа под руководством Океанического университета Цзянсу в Китае продемонстрировала одноэтапный процесс текстурирования поверхности, который, как сообщается, может повысить абсолютную эффективность кремниевых солнечных элементов с туннельным оксидным пассивирующим контактом (TOPCon) на 1%. Эффективность на уровне элемента была подтверждена лабораторными и полевыми испытаниями.

«В этом исследовании представлен новый, быстрый одноэтапный метод изготовления плотных кремниевых субмикронных пирамид (SiSMP) со средним размером основания 0,68–0,76 мкм путем добавления оксида индия и олова в обычный щелочной раствор для текстурирования», — рассказал первый автор исследования Сыхуа Чжун.

Исследователи изучили текстурирование поверхности кремниевых микропирамид (SiMPs) как способ усовершенствовать кремниевые микропирамиды, которые в настоящее время используются в промышленных кристаллических кремниевых солнечных элементах. По словам Чжуна, в исследовании, в частности, описан подход, который «значительно упрощает» процесс изготовления кремниевых микропирамид по сравнению с существующими многоэтапными методами или методами на основе литографии. Кроме того, в исследовании изучаются оптимальные функциональные пленки для использования с кремниевыми микропирамидами для повышения оптической эффективности солнечных элементов.

«Этот новый одноэтапный процесс текстурирования повышает эффективность солнечных батарей на 1 % за счёт широкополосного антибликового покрытия и снижения электрического сопротивления», — сказал Чжун.

Исследование включало в себя эксперименты и моделирование. В экспериментах команда использовала пластины из псевдоквадратного кремния n-типа по методу Чохральского (CZ Si) толщиной 110 мкм и размером 182 мм × 182 мм. Устройства на основе TOPCon и кремниевых гетеропереходов (HJT) были изготовлены с использованием текстурирования SiSMP или обычного SiMP, а также с использованием пленок из нитрида кремния (SiNx) или оксида индия-олова (ITO) для сравнения.

Наружные электрические испытания проводились в течение одного дня в апреле на южной стороне с наклоном в 34°, соответствующим широте местности.

Результаты показали «увеличение энергоотдачи устройств с текстурой SiSMP» как под прямыми солнечными лучами, так и в затенённых местах. «Способность субмикронной пирамидальной текстуры к антибликовому отражению гораздо менее чувствительна к углу падения света, чем у микропирамидальных аналогов, что приводит к увеличению суточной энергоотдачи на 6,8 % при испытаниях на открытом воздухе», — сказал Чжун.

Также наблюдалось улучшение характеристик затенения. «Интересно, что модифицированные устройства в условиях затенения демонстрируют на 12% более высокую энергоэффективность по сравнению с обычными устройствами с микропирамидальной текстурой», — добавил Чжун.

Оптические характеристики SiSMP и устройств на их основе были смоделированы с помощью метода конечных разностей во временной области (FDTD), а также других методов моделирования. Команда обнаружила, что разработанные структуры SiSMP демонстрируют «сильные резонансы рассеяния Ми» и более низкий коэффициент отражения, чем текстуры SiMP, в широком диапазоне длин волн.

Анализ показал, что улучшения связаны с уменьшением оптических потерь, что привело к увеличению плотности тока короткого замыкания на 0,7 мА/см², а также с улучшением сбора носителей заряда за счёт увеличения количества проводящих путей на границе раздела серебро-кремний, что повысило коэффициент заполнения на 2,2 % в абсолютном выражении.

Полноразмерные устройства SiSMP TOPCon продемонстрировали эффективность преобразования энергии (PCE) на уровне 25,4 %, что на 1 % выше, чем у аналогов с текстурированным кремнием. Исследователи отметили, что в ячейках с высокочастотными транзисторами не наблюдалось такого же широкого спектра преимуществ в показателях EQE, и связали это с помехами от легированных слоев аморфного кремния (a-Si:H).

Исследователи подчеркнули, что на данный момент эти результаты применимы только на уровне солнечных элементов, и отметили необходимость дальнейших испытаний на открытом воздухе на уровне модулей для подтверждения повышения практической эффективности.

Исследование подробно описано в статье «Текстурирование поверхности для эффективного управления светом в солнечных элементах из кристаллического кремния», опубликованной в Renewable Energy. В исследовании также принимали участие группы из JA Solar и Университета Цзяо Тун.

Группа продолжает заниматься исследованиями в области высокоэффективных и недорогих технологий производства солнечных батарей из кристаллического кремния. «Наши текущие проекты включают в себя дальнейшую оптимизацию процесса субмикронного текстурирования поверхности за счет изменения используемых добавок и, например, отказа от изопропанола; разработку более надежных прозрачных проводящих оксидов с низким содержанием индия; а также создание новых солнечных батарей с гетеропереходом, в которых в качестве селективных контактов используются материалы с широкой запрещенной зоной», — рассказал Чжун.