Китайцы вплотную подобрались к теоретическому пределу кремниевых солнечных панелей

Китайский производитель LONGi вновь переписал рекордные таблицы в фотовольтаике: классический однопереходный кремниевый солнечный элемент компании показал КПД 28,29 %. Результат подтверждён независимыми испытаниями немецкого Института исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH) — и это не косметическое улучшение, а шаг, который подводит отрасль вплотную к физическому потолку кремниевых технологий.

За цифрой стоит конкретная инженерная работа. Рекордная ячейка построена по архитектуре HIBC (Hybrid Interdigitated Back Contact) — гибридной конструкции, где оба типа электрических контактов вынесены на тыльную сторону пластины. В классических элементах металлические электроды частично перекрывают лицевую поверхность, отнимая у фотонов площадь поглощения. Здесь этот компромисс снят: активная освещённая зона расширена, а потери на рекомбинацию носителей заряда снижены.

Основа элемента — высокоомная кремниевая пластина формата M10 (182 × 182 мм) с пассивацией краёв и оптимизированными n-переходами. Для переноса заряда применён слой оксида индия-олова (ITO), а многослойное покрытие из оксида алюминия (AlOx) и нитрида кремния (SiNx) подавило поверхностную рекомбинацию. Инженеры дополнительно снизили концентрацию фосфора в поликристаллическом слое n-типа, чтобы ограничить диффузию примесей вглубь кремния, а глубокие канавки под металлические контакты предотвратили утечки между n- и p-областями.

Отдельного внимания заслуживает работа с сопротивлением контактов. Чтобы снизить его, не убив пассивирующие свойства поверхности, исследователи применили лазерную обработку: аморфный кремниевый слой частично кристаллизовали импульсным зелёным наносекундным лазером. Именно такие детали, а не абстрактные «инновации», двигают КПД вверх на десятые доли процента — сегодня это и есть валюта прогресса.

Динамика года показательна: LONGi последовательно улучшала результат с 28,04 % до 28,13 %, а затем до нынешних 28,29 %. По оценке самой компании, современные кремниевые элементы уже достигли примерно 96,2 % от теоретического предела эффективности. Это значит, что ресурс классической технологии почти исчерпан: каждый следующий шаг будет даваться всё дороже и требовать всё более точной оптимизации материалов и структуры устройств.

Технологию HIBC в LONGi называют пригодной для адаптации под промышленное производство гетеропереходных элементов, однако дальнейший рост упрётся в омические потери, особенно в области p-перехода. Параллельно компания продвигается в тандемных ячейках из кремния и перовскита, где уже достигла эффективности 34,6 %. Именно там, за пределами однопереходной кремниевой парадигмы, судя по всему, и развернётся следующая большая гонка.