Longi svela i dettagli della cella solare a contatto posteriore a etero-giunzione con un’efficienza del 27,09%

In un nuovo articolo pubblicato su Nature Communications, il produttore cinese di energia solare ha spiegato che la cella a contatto posteriore a etero-giunzione che ha presentato alla fine del 2023 ha raggiunto una delle più alte tensioni a circuito aperto mai registrate per questa tecnologia di cella, oltre a perdite di corrente di cortocircuito inferiori alla norma. I risultati sono stati confermati dall’Istituto tedesco per la ricerca sull’energia solare (ISFH).

Ottobre 21, 2024 Emiliano Bellini

Schema della cella solare HBC

Immagine: Longi, nature communications, Common License CC BY 4.0

Un gruppo di scienziati del produttore cinese di moduli solari Longi ha descritto in un nuovo documento scientifico la cella solare a contatto posteriore a etero-giunzione (HBC) con un’efficienza del 27,09%, presentata nel dicembre 2023.

All’epoca, Longi si era limitata a dire che il risultato era stato ottenuto grazie a un nuovo processo grafico laser che costava meno dei tradizionali processi fotolitografici ad alto costo, senza fornire ulteriori dettagli. Nel nuovo documento, l’azienda ha spiegato che la tecnica di modellazione laser è stata sviluppata dalla stessa Longi. Inoltre, non solo ha fornito una descrizione tecnica approfondita dell’architettura della cella, ma ha anche presentato una strategia su come migliorare la resistività di contatto, la resistenza in serie e il design del pattern del lato posteriore.

Il gruppo ha precisato che le celle solari HBC presentano problemi di perdite di ricombinazione dei portatori, che derivano dalla regione di contatto foro-selettiva e dai confini di polarità. “Proponiamo soluzioni a questi problemi e stabiliamo una chiara relazione tra la resistività di contatto, la resistenza in serie e il design della struttura posteriore”, hanno aggiunto.

Il gruppo di ricerca ha costruito la cella da 243,0 cm2 con un wafer Longi M6 da 274,3 cm2 di 200 µm di spessore, basato su silicio monocristallino di tipo n. Il lato anteriore è dotato di rivestimenti antiriflesso (ARC), mentre il lato posteriore è diviso in quattro regioni: contatto hole-selective (HSC), regione gap, contatto electron-selective (ESC) e HSC più gap.

“Abbiamo sfruttato il silicio amorfo come strato di contatto passivante e l’ablazione laser come tecnologia di produzione di massa per la fabbricazione di celle solari HBC”, hanno spiegato gli studiosi. “Ciò comporta vantaggi come la bassa perdita nell’area vicina al confine di polarità n-p, il basso costo, la bassa difficoltà di deposizione e l’elevata uniformità”.

Attraverso la modellazione laser, i ricercatori hanno applicato un laser verde pulsato a picosecondi per ablare la pila i-a-Si:H/p-a-Si:H sovrastante nella regione ESC progettata. Lo strato di ossido conduttore trasparente (TCO) è stato depositato con la tecnica del magnetron sputtering.

Hanno inoltre utilizzato un laser ultravioletto a picosecondi a impulsi per ablare la regione di gap progettata e rimuovere lo stack TCO/p-a-Si:H/i-a-Si:H per l’isolamento, evitando così i canali di perdita. Lo strato di nitruro di silicio (SiNx) è stato utilizzato per evitare che le prestazioni di passivazione dello stack i-a-Si:H/n-a-Si:H vengano danneggiate.

Testato in condizioni di illuminazione standard, il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 27,07% e una tensione a circuito aperto di 751 mV, risultati confermati dall’Istituto tedesco per la ricerca sull’energia solare (ISFH). Il valore della tensione a circuito aperto è indicato da Longi come uno dei più alti mai registrati a livello di ricerca per questo tipo di cella solare.

L’analisi ha anche mostrato che la cella, come altri dispositivi HBC, soffre di effetti di ombreggiamento elettrico, in quanto i portatori di entrambe le polarità vengono raccolti sullo stesso lato, con la conseguente diminuzione della densità di corrente di cortocircuito. Tuttavia, hanno anche scoperto che queste perdite sono leggermente inferiori a quelle osservate nei dispositivi precedenti.

“Ciò è attribuito principalmente al guadagno di corrente aggiuntivo derivante dal wafer di silicio più spesso e dall’area di illuminazione designata utilizzata per le misurazioni, escludendo le influenze della ricombinazione e delle perdite sul bordo del wafer di silicio”, hanno spiegato ancora.

Il gruppo ha anche scoperto che la resistività di contatto gioca un ruolo fondamentale nelle celle solari HBC ad alta efficienza e ha affermato che ridurre al minimo l’area di contatto della regione HSC o ESC è fondamentale per migliorare l’efficienza della cella. “Ottimizzando la regione HSC, abbiamo ottenuto la più bassa resistività di contatto utilizzando il film p-a-Si:H”, ha specificato. “Inoltre, abbiamo determinato che il contributo della resistività di contatto alla resistività può essere calcolato direttamente in base al rapporto dell’area di copertura”.

In prospettiva, i ricercatori hanno dichiarato di voler utilizzare gli effetti del bordo del wafer e di voler implementare un’ottimizzazione “meticolosa” del rivestimento antiriflesso anteriore e del riflettore posteriore, che ritengono possa aiutare la cella a raggiungere un’efficienza fino al 27,7%.

L’architettura della cella solare è stata descritta in “27.09%-efficiency silicon heterojunction back contact solar cell and going beyond”, pubblicato su nature communications. “La ricerca offre molteplici strategie e linee guida per ottimizzare la progettazione strutturale e risolvere le principali contraddizioni delle celle solari a contatto posteriore”, ha sottolineato il gruppo.

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