Około 98% światowej produkcji fotowoltaiki w 2024 roku nadal opierało się na technologiach krzemowych, a wafle typu n odpowiadały już za około 70% rynku. Innymi słowy, jeśli ktoś chce naprawdę poprawić sprawność paneli na masową skalę, to musi zaoferować coś, co da się jeszcze w rozsądny sposób wpasować w istniejące linie technologiczne. Właśnie dlatego nowa architektura TOPCon i tandemu perowskit-krzem zasługuje na uwagę większą niż typowa naukowa ciekawostka.
Problem nie siedział w perowskicie, tylko głębiej w samym TOPConie
Badacze z Soochow University, Zhejiang Jinko Solar i innych ośrodków wyszli od ograniczenia, o którym w omówieniach technologii TOPCon mówi się rzadziej. W klasycznym przemysłowym TOPConie z przodu nadal stosuje się emiter borowy typu p+, a to generuje straty rekombinacyjne i utrudnia dalsze podnoszenie sprawności. Gdy próbuje się to obejść pełnopowierzchniowym kontaktem TOPCon typu p, to pojawia się inny problem – grubsza warstwa domieszkowanego polikrzemu poprawia kontakt elektryczny, ale jednocześnie zjada część światła po stronie frontowej. Powstaje więc klasyczny konflikt między ograniczaniem strat elektrycznych a ograniczaniem strat optycznych.
Czytaj też: Fotowoltaiczny szok! Zbadali panele słoneczne i odkryli kłamstwo, w które wierzyliśmy
Nowa praca próbuje ten konflikt rozbroić sprytniej. Zamiast utrzymywać strukturę TOPCon na całej powierzchni frontu, zespół zastosował wzorzyste połączenie n-TOPCon, w którym warstwa zostaje zachowana tylko pod połączeniem. Do tego doszło wygładzenie tekstury krzemu do bardziej zaokrąglonych piramid oraz osadzanie warstwy metodą GTF, która ma poprawiać jednorodność wzrostu kryształów i kontrolę procesu cieplnego. Z tyłu pojawia się z kolei dwuwarstwowa struktura p-TOPCon z ultracienką warstwą międzyfazową SiOx, mająca poprawić pasywację, ograniczyć uszkodzenia związane z borem i zatrzymać wnikanie srebra podczas wypalania kontaktów. Oznacza to mniej strat tam, gdzie wcześniej nie dało się ich ciąć bez płacenia za to w innym miejscu.
Skąd wzięło się ponad 32% sprawności tych ogniw słonecznych?
W wersji pojedynczego, przemysłowego ogniwa TOPCon zespół uzyskał certyfikowaną sprawność 26,34% i napięcie obwodu otwartego 743,2 mV. Następnie tę samą platformę wykorzystano jako dolne ogniwo w monolitycznym tandemie perowskit/TOPCon, co pozwoliło osiągnąć certyfikowane 32,73%. To właśnie ta druga liczba robi dziś największe wrażenie, ale jej źródłem nie jest jeden cudowny materiał, tylko połączenie lepszego ogniwa krzemowego z warstwą perowskitową, która przejmuje inną część widma światła. Musimy jednak pamiętać, że nie oznacza to magicznego skoku sprawności samego panelu dachowego do ponad 32%.
Czytaj też: Trafił do reaktora Fukushimy. Pierwsze zdjęcie od czasu katastrofy odsłoniło coś niepokojącego
Dwustronna architektura pozwala zbierać światło z przodu i z tyłu, a więc korzystać również z promieniowania odbitego i rozproszonego. W systemach bifacial daje to dodatkowy uzysk energii, ale zależy on od warunków pracy, geometrii instalacji i albedo podłoża, bo tylna strona takich modułów zbiera promieniowanie odbite od gruntu i rozproszone, a typowy zysk energetyczny względem konstrukcji jednostronnych w systemach nadążnych wynosi zwykle kilka do kilkunastu procent.
Czytaj też: Coś ciekawego dzieje się z fotowoltaiką w Szwajcarii. Te panele słoneczne podbiły tamtejsze dachy
Musimy jednocześnie pamiętać, że samo 32,73% nie jest dziś światowym rekordem dla tandemu perowskit-krzem. Ten należy obecnie do LONGi, które w kwietniu 2025 roku poinformowało o 34,85% dla dwuprzewodowego tandemu perowskit-krzem. Dlatego najuczciwiej patrzeć na najnowszą pracę nie jak na końcowy triumf, ale jak na bardzo istotny ruch w stronę architektury, która ma być bliższa przemysłowi i kompatybilna z istniejącym zapleczem TOPCon jako sensowna baza pod kolejne tandemy. To rozróżnienie ma znaczenie także dlatego, że rynek paneli nie żyje rekordami małych ogniw laboratoryjnych. On żyje modułami, kosztem za wat i trwałością.
Krzem wciąż gra pierwsze skrzypce, ale już nie sam
Dziś nie patrzymy już na próbę zastąpienia krzemu czymś zupełnie nowym, ale na etap, w którym krzem zostaje dociśnięty niemal do granic swoich możliwości, a perowskit zaczyna działać jako wzmacniacz całej konstrukcji. Jeśli do tego dochodzi sensowna architektura TOPCon, dwustronność i zgodność z przemysłowym zapleczem, to branża dostaje nie tylko obietnicę wyższego rekordu, ale potencjalną ścieżkę dojścia do bardziej wydajnych modułów bez wywracania całego rynku do góry nogami.
Źródła: Techxplore, Nature, Longi
