Ранее в 2025 году китайский производитель солнечных батарей Longi объявил о создании самого эффективного в мире солнечного элемента. Гибридный элемент с встречно-штыревыми контактами (HIBC) достиг КПД 27,81%, что было подтверждено немецким Институтом исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH).
Теперь в статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи делятся техническими подробностями своего прорыва.
Чтобы солнечные технологии оправдали свои ожидания, солнечные элементы и панели должны преобразовывать как можно больше солнечного света в энергию. Как правило, стандартные элементы достигают эффективности до 26%, то есть преобразуют 26% падающего на них солнечного света в электрическую энергию.
Новое исследование приближает технологию к физическим возможностям. Для однопереходного кремниевого элемента верхний предел составляет чуть меньше 30%, тогда как теоретический предел, известный как предел Шокли-Квайссера , составляет 33,7%.
Ключевая задача
Исследователям удалось преодолеть одно из самых серьёзных препятствий на пути повышения эффективности солнечных элементов, известное как коэффициент заполнения (FF). Это показатель эффективности солнечного элемента, который показывает, какая часть теоретически вырабатываемой им энергии преобразуется в полезную электроэнергию.
Высокий показатель FF означает, что электричество течёт плавно и эффективно, в то время как низкий показатель FF означает внутренние потери энергии. Это происходит, главным образом, из-за того, что частицы, несущие электричество, сталкиваются со слишком большим сопротивлением в проводниках или сталкиваются друг с другом (этот процесс называется рекомбинацией).
Инновации в области солнечных элементов
Решение проблемы низкого FF, разработанное исследователями, представляло собой гибридный элемент, созданный с двумя принципиальными инновациями. Первым из них стала новая конструкция задних контактов – электрических выводов, собирающих ток с элемента. Команда использовала лазер для кристаллизации материала контактов, что привело к созданию быстрых токопроводящих путей для тока, снижению сопротивления и повышению коэффициента заполнения.
Вторым нововведением стало использование усовершенствованной обработки поверхности и новой технологии iPET (технология пассивации краев in situ), которая повысила стабильность и эффективность ячейки за счёт подавления рекомбинации, в том числе на краях, где электричество легко теряется.
Новый элемент прошёл независимые испытания и сертификацию в строгих лабораторных условиях, проводимые немецким Институтом охраны здоровья и здоровья (ISFH). Результат: энергоэффективность составила 27,81%, а коэффициент заполнения — 87,55%.
«Эти инновации обеспечивают как экспериментальный, так и теоретический прогресс в создании масштабируемых, высокоэффективных кремниевых фотоэлектрических систем», — комментируют исследователи в своей статье.
Следующими шагами ученых Longi станут улучшение электрических контактов ячейки для дальнейшего снижения сопротивления и оптимизация лазерного процесса, чтобы технологию можно было масштабировать для массового производства.
