Китайские специалисты представили подробное описание разработки солнечного элемента, который в начале 2025 года был признан самым эффективным в мире. Солнечная компания Longi сообщила тогда о достижении рекордных показателей, а теперь группа разработчиков опубликовала в журнале Nature расширённые данные о конструкции и принципах работы созданной ячейки.
Речь идёт о гибридном элементе HIBC (hybrid interdigitated back-contact), эффективность которого достигла 27,81%. Этот показатель был подтверждён независимыми испытаниями в Институте солнечных энергетических исследований Гамельна (ISFH, Германия). Для сравнения, традиционные кремниевые солнечные элементы демонстрируют эффективность около 26%, а физический предел для одноузловой кремниевой структуры оценивается менее чем в 30%. Теоретическая верхняя граница — предел Шокли—Квайссерса — составляет 33,7%.
Одним из ключевых барьеров на пути повышения эффективности является так называемый fill factor — коэффициент заполнения, который показывает, насколько близко элемент подходит к своей максимальной теоретической мощности. Потери возникают в случаях, когда электроны сталкиваются друг с другом или встречают слишком большое сопротивление в проводящих каналах. Исследователи отмечают, что именно оптимизация этого параметра остаётся одной из самых сложных задач при создании высокоэффективных солнечных элементов.
Команда разработчиков предложила два технологических решения, позволивших повысить FF и приблизиться к физическим пределам. Первое связано с переработкой структуры задних контактов. Учёные применили лазер для локальной кристаллизации используемого проводящего материала. Такая обработка сформировала ускоренные каналы переноса заряда и снизила внутреннее сопротивление.
Второе новшество — применение улучшенной системы пассивации поверхности, включая технологию iPET (in situ passivated edge technology). Она позволила уменьшить рекомбинацию носителей заряда — одну из основных причин потерь — не только на рабочей поверхности элемента, но и на его краевых участках, где потери традиционно максимальны. По итогам испытаний, проведённых ISFH в лабораторных условиях, новый элемент показал коэффициент заполнения 87,55%.
В опубликованной работе разработчики отмечают, что предложенные конструктивные и технологические решения «дают как практические, так и теоретические основания для дальнейшего развития кремниевой солнечной энергетики с высокими показателями эффективности». Следующим шагом станут исследования по уменьшению электрического сопротивления контактов и оптимизация лазерных процессов, чтобы технология могла быть масштабирована для массового производства.
Создание ячеек с подобными параметрами приближает отрасль к использованию максимально возможного потенциала кремниевой фотовольтаики и открывает новые перспективы для технологий с низким углеродным следом — от бытовой энергетики до крупных солнечных станций.