Исследователи из компании Longi выяснили, как краевая маскировка снижает рекомбинационные потери в солнечных элементах

Исследователи из компании Longi обнаружили, что краевая маскировка повышает измеренную эффективность солнечных элементов с обратным контактом на гетеропереходе за счет подавления краевой рекомбинации. Оптимальная ширина маскировки составляет 5 мм. Согласно их моделированию, селективная металлизация может еще больше повысить эффективность — с 26,85 % до теоретического максимума в 27,39 %.

Гетероструктурная солнечная батарея с задними контактами, разработанная компанией Longi.

Исследователи из китайской компании по производству солнечных батарей Longi изучили физические механизмы, лежащие в основе краевой маскировки высокоэффективных солнечных батарей, и обнаружили, что этот метод подавляет краевую рекомбинацию, ограничивая латеральный перенос носителей заряда.

Краевая маскировка — это метод лабораторных измерений, при котором периметр солнечной батареи покрывается непрозрачным материалом, чтобы предотвратить попадание света на края, тем самым снижая потери на рекомбинацию и потенциально повышая измеренную эффективность преобразования.

«Мы начали с практического вопроса о том, как измеряется эффективность, — рассказал исследователь из компании Longi Геншун Ван. — В ходе более раннего исследования высокоэффективных обратно-контактных элементов мы обнаружили, что край пластины является основным каналом потери тока и что маскировка края во время тестирования значительно повышает измеренную эффективность — с 26,74 % по всей площади до 27,09 % по выделенной области освещения».

Ван объяснил, что, хотя краевая маскировка широко используется при измерении эффективности солнечных батарей, особенно для устройств с малой площадью, лежащие в ее основе физические механизмы до конца не изучены.

«В более ранних работах область маскирования рассматривалась как геометрический экран или как параллельный «темный сток» в эквивалентной схеме с сосредоточенными параметрами, при этом мало внимания уделялось переносу носителей заряда», — сказал он. «Прояснение этого вопроса дает рекомендации по проектированию, поскольку позволяет определить оптимальную ширину маскировки, чтобы при использовании подходящей сетки можно было добиться более высокого коэффициента маскировки».

В статье «Влияние краевой маскировки на оптоэлектронные характеристики кремниевых солнечных элементов с обратным контактом», опубликованной в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells, исследователи продемонстрировали, что маскировка создает темную область с высоким электрическим сопротивлением, которая ограничивает движение носителей заряда к периметру ячейки.

«Это исследование показывает, что маскирование приводит к переходу от света к темноте в области маскирования, которая становится резистивной темной областью и усиливает то, что мы называем «резистивным барьером», — объяснил Ван. — Этот барьер препятствует латеральному переносу носителей заряда к физическому краю, тем самым подавляя краевую рекомбинацию и повышая эффективность».

Исследователи также изучили, могут ли изменения в схеме металлизации еще больше повысить производительность элементов. «Наша модель также показывает, что удаление металлизации в области маскировки, то есть селективная металлизация, сокращает оставшийся путь вдоль сетки и изолирует темную кромку, что приводит к увеличению коэффициента заполнения и напряжения холостого хода», — сказал Ван.

Однако Ван подчеркнул, что этот подход предназначен для лабораторных исследований, а не для коммерческого производства. «Стоит отметить, что это не производственная технология», — сказал он. «Селективная металлизация усложняет процесс, а на замаскированной области не вырабатывается энергия, поэтому общая площадь ячейки используется не полностью. На практике это метод лабораторных испытаний: за счет исключения влияния краев можно более точно оценить другие факторы потерь».

Проведя анализ, исследователи обнаружили, что маскировка периметра ячейки снижает потери на краевую рекомбинацию и повышает эффективность преобразования энергии, в первую очередь за счет увеличения коэффициента заполнения. Эффект был более выражен в ячейках без пассивации краев, где эффективность повысилась примерно на 0,2 процентных пункта.

В ходе экспериментов была определена оптимальная ширина маскировки — 5 мм, в то время как более широкие маски — 10 и 15 мм — снижали эффективность из-за увеличения неактивной области и связанных с этим электрических потерь. Исследователи также обнаружили, что плотность тока короткого замыкания сначала увеличивалась с увеличением ширины маскировки, а напряжение холостого хода снижалось.

С помощью моделирования на платформе Quokka 3 команда продемонстрировала, что маскирование создает переход от освещенной проводящей области к темной резистивной области вблизи периметра ячейки. Это усиливает резистивный барьер, который ограничивает перенос носителей заряда в латеральном направлении к физическому краю, тем самым снижая рекомбинационные потери.

Дальнейшее моделирование показало, что носители заряда все же могут достигать маскируемой области через линии металлической сетки, что ограничивает повышение эффективности. Чтобы решить эту проблему, исследователи предложили выборочно удалять металлизацию в области маскирования, чтобы электрически изолировать край.

В исследовательскую группу вошли ученые из Шэньчжэньского кампуса Университета Сунь Ятсена в Китае.

Аккумулятор TROJAN 31XHS  https://invertory.ru/product/trojan-31xhs/