L'industria fotovoltaica globale ha un risultato importante da celebrare grazie a questo risultato ottenuto da JinkoSolar insieme ai suoi partner e istituti di ricerca, con la creazione del primo record mondiale certificato per l'efficienza delle celle solari su scala industriale-. Il record mondiale è il risultato di una singola cella solare TOPCon di dimensione M10 sviluppata dallo staff di JinkoSolar ed è stata certificata con un'efficienza di conversione di potenza massima del 26,66%. Pertanto, l'efficienza raggiunta consente all'azienda di colmare il divario tra l'efficienza raggiunta con i prodotti prodotti in serie-e il massimo teorico.
Inoltre, lo sviluppo di questa cella è stato testato e verificato in modo indipendente da un laboratorio di prova accreditato in Cina e ha prodotto il più alto valore di efficienza riportato prodotto fino ad oggi su una cella solare TOPCon su scala industriale, aprendo la strada alla commercializzazione di tecnologie solari ad alta-efficienza.
Eccellenza collaborativa: dal laboratorio alla fabbrica
Un nuovo-dispositivo da record è stato creato grazie a una partnership di ricercatori di JinkoSolar e del Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) all'interno dell'Accademia cinese delle scienze, nonché con ricercatori della Soochow University e della China Jiliang University.
Gli aspetti tecnici dell'innovazione sono stati documentati su Nature Energy in un articolo intitolato "Il raffinamento elettrico a doppio- lato consente efficienti celle solari industriali in silicio a contatto passivante con ossido di tunnel", scritto da Zhenhai Yang et al., con il professor Jichun Ye come autore corrispondente.
Innovazione tecnica: una strategia di perfezionamento a doppio-lato
Il team di ricerca ha utilizzato un wafer M10 con un'area effettiva di 313,3 cm², pienamente coerente con i moderni standard di produzione industriale, garantendo che i risultati ottenuti siano direttamente trasferibili agli ambienti di produzione.
La svolta principale risiede in una strategia completa di ottimizzazione elettrica dual-side che risolve i limiti di lunga data dell'architettura delle celle TOPCon.
Sul lato anteriore, i ricercatori hanno implementato emettitori di boro ad alta-foglio-resistenza (circa 430 Ω/mq) combinati con design a griglia ottimizzati. Questo approccio migliora significativamente la passivazione superficiale riducendo la concentrazione di boro attivo e la profondità di diffusione, minimizzando così la ricombinazione Auger con il substrato di silicio. La passivazione migliorata è evidenziata da un aumento della durata effettiva dei portatori minoritari da 0,70 ms a 1,12 ms e da una riduzione della densità di corrente di ricombinazione da ~9 fA/cm² a ~5 fA/cm².
Per compensare la maggiore resistenza di contatto associata agli emettitori ad alta resistenza-foglio-, il team ha ottimizzato il design della griglia anteriore, riducendo la spaziatura delle dita da 1.120 μm a circa 825 μm e restringendo la larghezza delle dita da ~20 μm a ~10 μm. Questa ottimizzazione non solo compensa le perdite di trasporto del vettore, ma riduce anche l'ombreggiamento ottico e il consumo di pasta d'argento.
Sul lato posteriore, il team ha introdotto una nuova struttura a tunnel di ossido/polisilicio a doppio-strato progettata per mitigare il degrado indotto dalla metallizzazione-. L'analisi al microscopio elettronico a trasmissione e alla spettroscopia a dispersione di energia ha rivelato che nei campioni convenzionali a strato singolo-, gli atomi d'argento penetrano completamente nello strato di polisilicio e si infiltrano nel substrato di silicio. Al contrario, la struttura a doppio-strato blocca efficacemente la diffusione dell'argento-lo strato esterno di polisilicio blocca gran parte della penetrazione dell'argento, mentre lo strato interno di ossido impedisce ulteriormente all'argento di invadere il substrato.
Lo strato interno di polisilicio della cella solare ha un livello maggiore di cristallinità, nonché una densità dei bordi dei grani ridotta. Inoltre, lo strato esterno, o amorfo, della cella solare fornisce un canale di diffusione controllata affinché l'argento modifichi la struttura superficiale della cella solare, consentendo la formazione di contatti "ohmici". Questi cambiamenti innovativi nel design della cella solare ne hanno aumentato la durata effettiva dei portatori minoritari (da 3,54 ms a 5,87 ms) e hanno aumentato la tensione a circuito aperto-implicita (da 752 mV a 757 mV).
Record-metriche di prestazione eccezionali
In condizioni di test standard, la cella solare TOPCon di dimensioni M10 ha fornito parametri di prestazione eccezionali:
Efficienza di conversione di potenza: 26.66%
Tensione-circuito aperto (Voc):744,6 mV
Fattore di riempimento (FF): 85.57%
Corrente di corto-circuito:13.109 mA
Secondo il professor Ye, autore principale dello studio, "Il dispositivo ha raggiunto l'83,8% del limite di efficienza teorico, superando le prestazioni delle celle solari TOPCon convenzionali". Ciò rappresenta un miglioramento significativo rispetto alle prestazioni elettriche relative del 91,6% delle precedenti celle TOPCon, avvicinandosi al livello della più avanzata tecnologia di eterogiunzione del silicio.
Bifacialità migliorata per prestazioni-nel mondo reale
Un'innovazione importante è l'assottigliamento locale dello strato posteriore di polisilicio nelle regioni non-metallizzate delle celle. Il team è riuscito ad aumentare l’efficienza quantica della cella quando illuminata dalla parte posteriore riducendo lo spessore del polisilicio in queste regioni da 100 nm a 40 nm.
I dati sperimentali hanno indicato che l'assottigliamento del polisilicio comporta un aumento della densità di corrente di cortocircuito-di 2,88 mA/cm² quando la cella è retroilluminata. Le simulazioni ottiche hanno indicato che per ogni riduzione di 10 nm dello spessore del polisilicio, le perdite di assorbimento parassita diminuiscono di circa 0,40 mA/cm² e l'assorbimento effettivo nel substrato di silicio aumenta di circa 0,32 mA/cm².
Di conseguenza, la bifaccialità della cella è aumentata dall'83,4% all'88,3%, aumentando significativamente il potenziale rendimento energetico in situazioni reali in cui la raccolta della luce dal lato posteriore- contribuisce alla quantità totale di energia prodotta.
Tabella di marcia verso il 28% e oltre
Per consolidare questo record, JinkoSolar continua a essere leader nella tecnologia TOPCon poiché ha stabilito il record mondiale su scala di laboratorio-di una cella solare TOPCon con un'efficienza del 27,02% verificata da NPVM in Cina. JinkoSolar è stata anche in grado di raggiungere un'efficienza massima di conversione della potenza del 25,58% con il suo modulo TOPCon più recente certificato da TÜV SÜD. Per promuovere lo sviluppo della propria tecnologia, JinkoSolar ha sviluppato una roadmap tecnologica a lungo termine-. JinkoSolar ha dichiarato pubblicamente nel suo libro bianco più recente che prevede di superare la soglia del 28% di efficienza entro il 2028 e prevede di continuare a sviluppare la tecnologia TOPCon e di mantenere una posizione di leadership nella produzione e produzione di moduli fotovoltaici ad alta-efficienza.
Implicazioni sul settore
La tecnologia TOPCon attualmente detiene una quota di mercato di oltre il 70% nel settore fotovoltaico globale, grazie alla sua convenienza-e alla compatibilità con i processi di produzione esistenti. Quest'ultimo passo avanti in termini di efficienza dimostra che le celle TOPCon su scala industriale-hanno ancora notevoli margini di miglioramento, sfidando le ipotesi sulla maturità della tecnologia ed estendendo la tabella di marcia per le celle solari a base di silicio-.
Il risultato fornisce un percorso tecnico praticabile per ridurre il divario tra la produzione industriale e i limiti di efficienza teorici, rafforzando ulteriormente la posizione competitiva di TOPCon nel mercato solare globale. Poiché l’industria continua a richiedere maggiore efficienza e costi dell’elettricità più bassi, tali innovazioni svolgono un ruolo cruciale nell’accelerare la transizione energetica globale.
