Dziś na rynku paneli słonecznych królują ogniwa TOPCon z tunelowym tlenkiem i pasywowanym kontaktem. To właśnie one odpowiadają dziś za zdecydowaną większość dostaw krystalicznych modułów, dając dobry kompromis między sprawnością, kosztem a dojrzałością procesu produkcyjnego. Problem w tym, że ten kompromis od lat był zaledwie “wystarczający”. Wysoka sprawność tych modułów okupiona była dużym zużyciem srebra i stratami optycznymi, a potencjał dwustronnego wykorzystania światła pozostawał częściowo niewykorzystany. W praktyce producenci musieli wybierać: albo bardziej agresywne oszczędzanie materiałów kosztem parametrów, albo jak najlepsze wyniki kosztem marży.
Na tym tle najnowsza propozycja zespołu naukowców jest szczególnie ciekawa, bo próbuje ten układ równań rozwiązać inaczej niż dotychczas. Zamiast kolejnej kosmetycznej modyfikacji, mamy tu próbę jednoczesnego uderzenia w trzy kluczowe ograniczenia technologii TOPCon, bo sprawność, dwustronność i koszt materiałowy.
Trzy problemy i jedno synergiczne rozwiązanie
Pierwszym elementem układanki było wdrożenie druku stalowym szablonem na przedniej stronie ogniwa, co pozwoliło na tworzenie niezwykle cienkich ścieżek przewodzących. Dzięki tej metodzie udało się zmniejszyć zużycie drogiej pasty srebrowej o 0,12 miligrama na wat. W skali przemysłowej, a więc przy produkcji milionów paneli, taka oszczędność przekłada się na bardzo konkretne kwoty. Drugą innowacją było połączenie tej techniki druku ze specjalnie opracowaną, zmodyfikowaną pastą. Efektem jest znacznie niższy opór elektryczny na styku, który spadł do zaledwie 2,4 milioma na centymetr. Mniejszy opór to z kolei po prostu mniejsze straty energii podczas jej przepływu przez ogniwo.
Czytaj też: Energetyka jądrowa ma szansę na nowy start. Największa bolączka reaktorów jądrowych ma swoje lekarstwo
Trzeci obszar ulepszeń dotyczył struktury tylnej części ogniwa. Naukowcy zastosowali tam zlokalizowaną strukturę styku polikrzemowego, której głównym zadaniem jest minimalizacja niepożądanego pochłaniania światła. W praktyce oznacza to, że tylna powierzchnia panelu mniej “przeszkadza” i pozwala na efektywniejsze wykorzystanie promieniowania odbitego od gruntu czy dachu. Rezultat jest naprawdę imponujący, bo współczynnik dwustronności, czyli zdolność do generowania prądu również z tylnej strony, wzrósł do poziomu około dziewięćdziesięciu procent. To wyraźnie lepszy wynik niż w przypadku wielu konwencjonalnych ogniw TOPCon dostępnych na rynku. Wysoka dwustronność to realna korzyść dla instalacji naziemnych czy na jasnych powierzchniach, gdzie światło odbite może znacząco podnieść całkowitą generację energii.
Certyfikowany wynik i koniec z wyborem mniejszego zła
Połączenie wszystkich tych ulepszeń zaowocowało konkretnym, zweryfikowanym osiągnięciem – przemysłowym ogniwem słonecznym TOPCon o certyfikowanej sprawności konwersji mocy wynoszącej 26,09 procent. Co najważniejsze, nie jest to prototyp działający tylko w laboratoryjnych warunkach, lecz rozwiązanie gotowe do wdrożenia w ramach masowej produkcji. Najważniejszym przesłaniem tej pracy jest więc pokazanie, że dotychczasowe kompromisy nie są już konieczne. Przez lata producenci stali przed prostym dylematem paneli słonecznych: wysoka wydajność kosztem ceny, lub niższy koszt za cenę gorszych parametrów. Tutaj udało się osiągnąć wysoką sprawność, obniżyć zużycie drogiego srebra i znacząco poprawić dwustronność jednocześnie. Stanowi to przełamanie dotychczasowych barier, które stało na drodze dalszej optymalizacji technologii TOPCon.
Czytaj też: Koniec z nocnymi przerwami w fotowoltaice. Startup zebrał miliony na pomysł, który wydaje się szalony
Biorąc pod uwagę dominującą pozycję rynkową tego rodzaju paneli słonecznych, każda istotna poprawa parametrów ma globalne znaczenie. Niższe koszty produkcji mogą w dłuższej perspektywie przełożyć się na bardziej przystępne ceny instalacji dla nas wszystkich. Wyższa efektywność oznacza, że z tej samej powierzchni dachu czy działki można uzyskać więcej czystej energii.