Еволуциони пут фотонапонске технологије: од Ал-БСФ до перовскит тандема

Фотонапонска индустрија се изузетно брзо променила захваљујући технологији у последњих педесет година. Потрага за већом ефикасношћу, нижим нивоом трошкова електричне енергије (или ЛЦОЕ) и бољом продуктивношћу довела је до бројних генерација технологије соларних ћелија. Од једноставних дизајна кристалног силикона до напредних тандем структура, свака генерација представља и научни развој и агресивну конкуренцију међу произвођачима што доводи до-примена великих размера у индустрији. У есеју испод ћемо испитати најзначајније прекретнице у напредовању фотонапонске технологије укључујући доминантне технологије, њихове иновације, и нове и технологије у развоју које мењају начин на који производимо и трошимо соларну енергију.

Деценијама је индустријски стандард била ћелија алуминијумског поља са задњом површином (Ал-БСФ). Ова једноставна, али ефикасна структура, обично заснована на монокристалном или мултикристалном силицијуму п-типа, је имала алуминијумски задњи контакт пуне{3}}површине. Његов производни процес је био релативно зрео и јефтин-, што је омогућило прву -комерцијализацију соларне енергије великих размера. Међутим, Ал-БСФ је имао основно ограничење: тешку рекомбинацију-позадинске површине. Електрони генерисани близу задње површине би се лако рекомбиновали, ограничавајући напон отвореног-кола ћелије и, сходно томе, њену практичну ефикасност на око 18–19%. Почетком 2010-их постало је јасно да Ал-БСФ више не може да испуни циљеве ефикасности индустрије, што је покренуло потрагу за бољом структуром.

Пробој је дошао са архитектуром пасивираног емитера и задње ћелије (ПЕРЦ). Првобитно измишљен 1980-их, али тек комерцијализован у масовним размерама око 2015–2018, ПЕРЦ је увео критичну иновацију: слој за пасивизацију (обично алуминијум-оксид) на задњој површини. Овај слој је одбио мањинске носиоце и драматично смањио рекомбинацију, омогућавајући виши напон и побољшано хватање светлости. ПЕРЦ ћелије су брзо подигле ефикасност масовне{6}}производње са 19% на преко 23%, а њихов производни процес је захтевао само маргиналне модификације постојећих Ал-БСФ линија. Сходно томе, ПЕРЦ је постао неприкосновена маинстреам технологија скоро деценију. Међутим, до 2022–2023, ПЕРЦ је почео да се приближава својој теоретској граници ефикасности од приближно 24,5%, суочавајући се са смањењем приноса и проблемом деградације изазване светлом{15}}(ЛИД), отварајући пут следећој генерацији.

Како се ПЕРЦ-ов плафон приближавао, рефлектор се померио на силиконске плочице типа н-, које нуде супериорни век трајања мањинског носача и нулти ЛИД. Две архитектуре су се појавиле као-предњачи.

Креирање ТОПЦон-а (Тунел Окиде Пассиватед Цонтацт) почело је развојем структура сличних ПЕРЦ-у. Побољшање је укључивало коришћење веома танког диелектричног тунелског оксидног слоја у комбинацији са високо-допираним-површинским полисилицијумским слојем. Ово доводи до изванредног квалитета у контакту и пасивизацији. ТОПЦон је брзо премашио ефикасност од 25% у масовној производњи ћелија, а неки од највећих произвођача ћелија су понекад пријавили ефикасност од преко 26%. Још једна значајна предност за ТОПЦон је била његова способност да ради на постојећим ПЕРЦ производним линијама, захтевајући минималне додатке алата, дајући му јасну економску предност и етаблирао се као главна технологија крајем 2025.

ХЈТ (Хетеројунцтион Тецхнологи) пасивизира површину кристалне плочице типа н- користећи слојеве аморфног силицијума. ХЈТ обезбеђује изузетно високе напоне отвореног-кола (већи од 750мВ), мање корака процеса (мање компликована обрада), нижи температурни коефицијент и природно је бифацијалан. Иако је ефикасност ХЈТ нешто мања од оне ТОПЦон-а (око 25,5% у масовној производњи/ефикасност у лабораторијским поставкама је преко 26,8%), његова значајно већа улагања (због цене ПЕЦВД и ПВД ​​опреме) и велика употреба индија су ометали брзину којом технологија може да продре на тржиште. Међутим, ХЈТ је и даље јак кандидат на тржишту, посебно када се користе технологије за-превлачење бакра или сребра-.

Гледајући унапред, две технологије обећавају да ће редефинисати плафон ефикасности. Интердигиталне ћелије задњег контакта (БЦ) померају све електричне контакте на задњу страну, потпуно елиминишући предње-засенчење мреже. Ово даје углађен потпуно{3}}црни изглед и повећање ефикасности од 0,5–1% апсолутно у односу на стандардни ТОПЦон. Лидери индустрије гурају БЦ у масовну производњу, позиционирајући га као следећу велику итерацију.

Још реметилачкији облик технологије соларних ћелија је тандемска соларна ћелија, која се састоји од горње ћелије перовскита (за хватање фотона више-енергије) и доње ћелије од силикона (за хватање фотона ниже-енергије) сложених заједно у једну јединицу, што је померило ефикасност соларних ћелија преко 30% старосне вредности и тренутно је праг од 30% рада изнад 3%. Преостале препреке овој технологији укључују: стабилност, производњу великих површина и токсичност олова. Велики произвођачи су већ успоставили пилот линије за производњу у очекивању решавања ових проблема, и ако се ове препреке могу решити, онда ће тандеми перовскита имати значајан утицај на коришћење соларне енергије, што ће врло вероватно повећати ефикасност масовно{6}}производа већом од 35%.

Итерација технологије фотонапонске индустрије је фасцинантан наратив континуираног побољшања и стратешке замене. Од једноставности Ал-БСФ-а до ПЕРЦ-ове доминације, и од ТОПЦон-ове и ХЈТ-ове трке ефикасности до радикалног обећања тандема БЦ и перовскита, свака фаза је откључала нове нивое перформанси и исплативости-. Данас се индустрија налази на узбудљивој раскрсници: док ТОПЦон покреће садашњи обим, БЦ и тандем технологије су спремне да дефинишу следећу деценију. Ова немилосрдна еволуција подвлачи једноставну истину – у соларној, једина константа је потрага за ефикаснијим начинима за прикупљање безграничне сунчеве енергије.