لانگی جزئیات کارآمدترین سلول خورشیدی سیلیکونی جهان را فاش کرد

لانگی در یک مقاله علمی جدید که در مجله نیچر چاپ شده، جزئیات فناوری به‌کاررفته در سلول خورشیدی هیبریدی اتصال پشتی انگشتی (hybrid interdigitated back-contact (HIBC)) با بازده ۲۷.۸۱ درصد را که در آوریل ۲۰۲۵ رونمایی کرده بود، تشریح کرده است.

این سلول خورشیدی که بالاترین راندمان ثبت‌شده برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی در جهان را دارد، با استفاده از ساختار اتصالات تونلی غیرفعال‌شده (passivated tunneling contacts) و لایه‌های غیرفعال‌کننده دی‌الکتریک (dielectric passivation layers) ساخته شده و همزمان از تماس‌های نوع n و نوع p بهره می‌برد.

در زمان رونمایی، لانگی تنها اعلام کرد که این سلول با ثبت راندمان ۲۷.۸۱ درصد، رکورد جهانی سلول خورشیدی سیلیکونی را شکسته و این نتیجه توسط مؤسسه تحقیقات انرژی خورشیدی هامِلین آلمان (ISFH) تأیید شده است. سخنگوی شرکت نیز گفته بود: «با بازطراحی معماری سلول و سیستم‌های مواد، توانستیم به‌طور همزمان در مدیریت نور و کارایی انتقال حامل‌ها به این پیشرفت دست پیدا کنیم»، اما در آن زمان جزئیات فنی بیشتری منتشر نکرده بود.

حال در مقاله‌ای که هفته گذشته در مجله Nature منتشر شد، تیم تحقیقاتی Longi توضیح داده که این سلول بر پایه تماس‌های تونلی غیرفعال‌شده و لایه‌های غیرفعال‌کننده دی‌الکتریک ساخته شده و همزمان از تماس‌های نوع n و نوع p بهره می‌برد.

ساخت کارآمدترین سلول خورشیدی سیلیکونی

محققان از یک ویفر M10 نیمه‌برش با مقاومت بالا و لبه‌های غیرفال‌شده استفاده کردند، تماس نوع n بهینه‌شده‌ای که از طریق فرایند ترکیبی دمای بالا و پایین شکل گرفته، و همچنین از لایه‌ای از اکسید قلع ایندیوم (ITO) برای کمک به انتقال جانبی، و یک پشته چندلایه‌ای از اکسید آلومینیوم (AlOx) و نیترید سیلیکون (SiNx) روی سطح جلویی بافت‌دار برای کاهش بازترکیب و همچنین یک لایه سیلیکون آمورف (a-Si) بهره برده‌اند.

آن‌ها همچنین غلظت آلایش فسفر در لایه پلی‌سیلیکون نوع n (n-poly-Si) را به میزان یک مرتبه کاهش دادند تا از نفوذ ناخالصی به داخل ویفر جلوگیری کنند. به گفته محققان: «فرایند دمای بالا–پایین که ترکیبی از نفوذ و رسوب‌دهی است، امکان غیرفعال شدن لبه‌های ویفر را حین ساخت فراهم می‌کند. این تکنیک معمولاً با نام فناوری غیرفعال‌سازی لبه درجا (in situ passivated edge technology یا iPET) شناخته می‌شود.»

این گروه همچنین از شیارهای فلزی به عمق ۸ میکرومتر برای جمع‌آوری حفره‌ها استفاده کردند و لایه ITO به‌صورت انتخابی از روی آن‌ها حذف شد تا از نشت بین تماس‌های نوع n و نوع p جلوگیری شود. محققان همچنین ضخامت لایه a-Si را افزایش دادند تا پوشش کافی روی اتصال p–i–n و پوشش کامل دیواره‌های جانبی n-poly-Si تضمین شود. برای کاهش مقاومت تماس، این لایه از طریق لیزر سبز نانوثانیه پالسی کریستالیزه شد تا غیرفعال‌سازی لبه‌ها حفظ شود.

«دستیابی به تعادل بهینه بین غیرفعال‌سازی و رسانایی نیازمند تنظیم دقیق ضخامت لایه a-Si، خواص نوری آن و پارامترهای لیزر مانند شار تابشی و مدت پالس است.»

بالاترین راندمان ثبت‌شده برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

راندمان تبدیل توان رکورد جهانی ۲۷.۸۱ درصد روی یک سلول با سطح فعال ۱۳۳.۶۳ سانتی‌متر مربع به‌دست آمد. این دستگاه همچنین جریان اتصال کوتاه ۵۶۹۸ میلی‌آمپر، ولتاژ مدار باز ۷۴۴.۹ میلی‌ولت و ضریب پرشدگی ۸۷.۵۵ درصد را ثبت کرد. در مقاله آمده است:

«این عملکرد با ادغام تکنیک‌های پیشرفته، ازجمله کریستالی‌سازی القایی با لیزر، غیرفعال‌سازی لبه درجا (iPET) و بهینه‌سازی سطح، حاصل شده است که درمجموع فاکتور ایده‌آل را در نقطه توان بیشینه (MPP) به کمتر از ۱ کاهش داده و ضریب پرشدگی را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.»

فاکتور ایده‌آل نشان می‌دهد رفتار الکتریکی یک سلول خورشیدی تا چه حد با یک دیود ایده‌آل مطابقت دارد و مقادیر آن معمولاً بین ۱ تا ۲ است.

به گفته Longi، این تکنیک‌های جدید می‌توانند به‌راحتی برای تولید سلول‌های خورشیدی هتروجانکشن (HJT) مقیاس‌بندی شوند: «تماس نوع p حدود ۵۰ درصد تلفات مقاومتی بیشتری نسبت به تماس نوع n دارد که نشان‌دهنده نیاز به بهبود بیشتر مقاومت تماس است.»

لانگی: پنل‌های خورشیدی تماس پشتی (BC) عملکرد بهتری نسبت به TOPCon دارند