Czy wyścig o coraz to wyższą sprawność paneli słonecznych ma sens? Wbrew pozorom tak – i to nawet kiedy w grę wchodzą niepozorne części procenta. Oczywiście przy dachu budynku jednorodzinnego pół punktu procentowego sprawności nie zawsze wywraca ekonomiczny sens instalacji do góry nogami, ale przy produkcji liczonych w gigawatach modułów, przy farmach słonecznych i ograniczonej powierzchni każdy dodatkowy procent robi swoje. Dlatego najnowsza odpowiedź LONGi na rekord Trina Solar to istny sygnał, że klasyczny krzem, który przez lata miał powoli zbliżać się do fizycznego sufitu, nadal potrafi zaskoczyć.
Najpierw Trina Solar, zaraz potem LONGi. Tak wygląda pojedynek o krzem
Wróćmy na moment do niedawnego osiągnięcia firmy Trina Solar w sektorze THBC, bo nie jest to ot kolejne osiągnięcie czysto laboratoryjne. Wynik 28% sprawności został bowiem potwierdzony przez niemiecki Instytut Badań nad Energią Słoneczną w Hameln, a gdyby tego było mało, chodzi tu o duży format 210R. Trina łączy w tej architekturze zalety TOPCon, pasywacji kojarzonej z HJT oraz kontaktów przeniesionych na tył ogniwa, co eliminuje część strat wynikających z zacieniania przedniej powierzchni metalizacją. Firma sugeruje też kompatybilność z obecnymi liniami TOPCon i cienkimi waflami rzędu 110-130 mikrometrów, a to już brzmi jak próba budowania mostu między rekordem a produkcją.
Czytaj też: Nie wybucha, nie płonie i nie potrzebuje litu! Tak może wyglądać przyszłość magazynów energii
Chińska firma LONGi odpowiedziała na ten produkt niemal natychmiast. Nowy rekord ogniwa HIBC wynosi teraz 28,13 procent, co zostało zaświadczone dokładnie tym samym certyfikatem, jak w przypadku niedawnego rekordu Trina Solar. Jeszcze ważniejsza jest jednak druga liczba, którą znajdziemy w komunikacie, bo 26,4 procent sprawności modułu zbudowanego na bazie tych ogniw. Ten wynik przykuwa moją uwagę jeszcze bardziej, bo moduł jest bliżej tego, co ostatecznie trafia na dach albo naziemny stelaż. Oczywiście jest to jednocześnie skomplikowany produkt, który obejmuje kolejną odmianę krzemowego podejścia z tylnymi kontaktami i zaawansowaną pasywacją (HIBC). W komunikacie pojawiają się też iPET, czyli pasywacja krawędzi, oraz LIC, czyli modyfikacja krystalizacji indukowana laserowo. Pokazuje to, że nie ma tutaj byle jednej magicznej sztuczki, tylko mozolne domykanie kolejnych miejsc, w których elektron mógłby “uciec” bez wykonania użytecznej pracy.
Dlaczego tylne kontakty są tak ważne?
W typowym ogniwie fotowoltaicznym trzeba pogodzić dwie sprzeczne potrzeby. Przód ogniwa ma łapać światło, ale musi też jakoś odprowadzać prąd. Metalowe ścieżki na powierzchni są więc potrzebne, ale jednocześnie zabierają część miejsca, przez które mogłoby wpadać światło. Architektury back-contact próbują ten problem obejść, przenosząc oba kontakty na tylną stronę ogniwa. Wykonanie takiej struktury bez dokładania nowych strat elektrycznych jest trudne i dlatego w THBC i HIBC tak mocno przewija się słowo “pasywacja”.
Czytaj też: Lekkie nie znaczy gorsze. Te panele słoneczne przypominają mi o czymś ważnym
W ogniwie słonecznym liczy się nie tylko to, ile fotonów uda się pochłonąć, ale też to, ile wygenerowanych nośników ładunku dotrwa do elektrod, zanim zdąży się zrekombinować i zmienić w stratę. TOPCon pomaga ograniczać straty na kontakcie, HJT słynie z bardzo dobrej pasywacji powierzchni, a BC usuwa metalizację z przodu. Połączenie tych cech wygląda więc jak naturalny kierunek dla krzemowych paneli, bo skoro materiał sam w sobie nie dostanie nagle zupełnie nowych praw fizyki, to trzeba poprawiać wszystko wokół niego: optykę, interfejsy, transport ładunku, rezystancję kontaktów i krawędzie.
Krzem miał już dojeżdżać do granicy. Tymczasem jeszcze przyspiesza
W teorii klasyczny krzem od dawna jest technologią z ograniczonym zapasem. Nie można w nieskończoność poprawiać sprawności pojedynczego złącza, bo część energii promieniowania słonecznego po prostu nie pasuje do danego materiału. Fotony o zbyt niskiej energii przechodzą bez użytecznego efektu, a te o zbyt wysokiej oddają nadwyżkę jako ciepło. Dlatego od lat słyszymy o tandemach, perowskitach i nowych materiałach, które mają zbierać różne części widma skuteczniej niż pojedyncze ogniwo krzemowe.
Tyle że rynek nie działa wyłącznie na zasadzie “najlepsza technologia wygrywa”. Wygrywa technologia, którą da się produkować masowo, tanio, powtarzalnie i z niskim ryzykiem gwarancyjnym. Krzem ma tu przewagę, której perowskity nadal nie mogą tak po prostu przeskoczyć. Fabryki istnieją. Łańcuch dostaw istnieje. Instalatorzy znają produkty. Banki i inwestorzy rozumieją gwarancje. Nawet jeśli tandem perowskit-krzem wygląda lepiej na poziomie laboratoryjnej sprawności, to tego typu krzemowe moduły premium mogą szybciej trafić do sprzedaży, bo nie wymagają przebudowania całego świata fotowoltaiki od zera.
Czytaj też: Niemcy zrobili z fotowoltaiką coś, czego nikomu wcześniej się nie udało
Podobny problem podkreślałem przy perowskitach i przypadkowym zanieczyszczeniu bromem, gdzie świetne wyniki zaczynają się od chemii na poziomie molekularnym, ale dopiero trwałość decyduje o tym, czy temat wyjdzie poza laboratorium. W podobnym kierunku idzie też pytanie o praktyczne wykorzystanie perowskitów, bo sama sprawność nie wystarcza, jeśli ogniwo nie potrafi przez lata znosić światła, ciepła i wilgoci.
Chińczycy nie walczą tylko o rekord. Walczą o kontrolę nad kolejną generacją PV
Jeśli HIBC i THBC okażą się ścieżką ulepszania istniejących fabryk, to krzemowe ogniwa słoneczne mogą jeszcze przez kilka lat skutecznie bronić się przed narracją, że “następny etap” musi koniecznie oznaczać perowskitowy tandem. Tandemy zapewne będą rosły, ale klasyczny krzem nie wygląda dziś jak technologia czekająca spokojnie na ustąpienie miejsca. Innymi słowy, ten rekord jest ważny dlatego, że pokazuje kondycję krzemowej fotowoltaiki w momencie, w którym wiele osób spodziewało się raczej powolnego dobijania do granicy możliwości. Tymczasem chińskie firmy, że da się jeszcze przesuwać wynik przez inteligentniejsze projektowanie kontaktów, lepszą pasywację i sprawniejsze zarządzanie stratami optycznymi oraz elektrycznymi.
Źródła: pv magazine, Longi
