Nowe rekordy sprawności ogniw wykonanych w technologii TOPCon

Miarą postępu w fotowoltaice są miedzy innymi rekordy sprawności konwersji energii najnowszych ogniw PV. Dotyczy to zarówno ogniw, które są dostępne w sprzedaży, jak również tych, które na dzień dzisiejszy, opracowywane są w skali laboratoryjnej.

W przypadku tych pierwszych dotyczy to zarówno ogniw, które zostały już wdrożone do produkcji, jak i tych przypadku których komercjalizacja jest możliwa w najbliższym czasie. W zeszłym roku pisaliśmy o jednozłączowym krzemowym ogniwie fotowoltaicznym o rekordowej sprawności konwersji (artykuł: Nowy rekord sprawności krzemowego ogniwa słonecznego). Ogniwo to opracowała i wyprodukowała chińska firma Longi, która jest światowym liderem w produkcji modułów fotowoltaicznych oraz wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych. Rekordowa sprawność ogniwa, jaką uzyskało Longi, to 26,81 %. Taki wynik został opublikowany na łamach PV Magazine 21 listopada 2022 roku.  Nieco wcześniej można było przeczytać o nim w magazynie Progress in Photovoltaics. Podano, że rekord wyniósł 26,8 % +- 0,4 % [2]. Warto podkreślić, że podana sprawność dotyczy ogniwa o powierzchni 274,4 cm2 i jest to powierzchnia całkowita ogniwa.  W najnowszej wersji (numer 62) tabeli rekordów sprawności ogniw magazynu Progres in Photovoltaics (Solar Cell Efficiency Tables) z dnia 21 czerwca 2023 ogniwo opracowane przez Longi nadal pozostaje na pierwszym miejscu. Warto dodać, że w tabeli numer 60 z 25 maja 2022 ogniwo Longi ze sprawnością 26,3 % było na drugim miejscu. Pierwsze miejsce zajmowało ogniwo firmy Kaneka, wykonane na krzemie typu n (n-type) w technologii IBC (Interdigitated Back Contact) o sprawności 26,7%. Jest to o tyle ważne, że rekordowe ogniwo Longi zostało wykonane w technologii HJT. Zatem zmiana na pozycji lidera dotyczyła nie tylko samej wartości sprawności, ale również technologii. Oba te rekordy pokazują, że przyszłością wysokosprawnych jednozłączowych ogniw krzemowych są technologie IBC i HJT. Na dzień dzisiejszy trudno powiedzieć, która z nich zdominuje rynek. Obie oferują ogniwa o podobnej sprawności. Obie wymagają bardzo zaawansowanych rozwiązań podczas produkcji. Obie mają też zasadnicze ograniczenie. Wymagają bardzo dużych zmian w procesie produkcji (a co za tym idzie ogromnych inwestycji) ze strony firm, które obecnie produkują najpopularniejsze ogniwa PV wykonane w technologii PERC. Odejście od technologii PERC wydaje się być przesądzone. Sprawności ogniw osiągnęły kres, a dalsze jej  udoskonalanie nie przynosi już oczekiwanych rezultatów. 

Jednak zanim producenci masowo przejdą na produkcję ogniw typu HJT lub IBC mogą wybrać trzecią drogę, czyli ogniwa typu TOPCon. Więcej o tej technologii jak i konstrukcji ogniw można przeczytać w artykule Ogniwo TOPCon – następca PERC? Jeśli porównamy ze sobą ogniwo PERC z ogniwem TOPCon to okazuje się, że różnice są znacznie mniejsze niż w przypadku porównania z HJT i IBC. Największe zmiany dotyczą tylnej części ogniwa. Pojawia się na niej ultracienki tlenek tunelowy oraz warstwa polikrystalicznego krzemu typu n. Dzięki takim zmianom osiągnięcie wyższych sprawności, niż te które mają ogniwa PERC, jest możliwe przy akceptowalnych kosztach transformacji technologii. Jedyną wątpliwością, jaka często była podnoszona przez producentów, to limit sprawności ogniw TOPCon. Wskazywano, że  sprawność ogniw TOPCon będzie znacznie niższa niż ogniw IBC i HJT. 

W ostatnich miesiącach pojawiły się na rynku ogniwa wykonane w technologii TOPCon trzech producentów, których sprawność konwersji energii jest tak wysoka, że uprawnione wydaje się być założenie, iż TOPCOn będzie realną alternatywą dla HJT i IBC albo może się sprawdzić jako produkt przejściowy na drodze do jeszcze bardziej sprawnych ogniw PV. W kwietniu 2023 firma Jollywood pokazała ogniwo TOPCon o sprawności 26,7%,  wykonane na płytach o wymiarach M10 czyli o powierzchni 182 mm x 182 mm [4].

Rys. 1. Linia produkcyjna ogniw w firmie Jolywood – źródło Jolywood.

W czerwcu 2023 roku firma Firma Trina Solar ogłosiła, że jest w stanie produkować na masową skalę ogniwa TOPCon o sprawności 26%. W tym przypadku ogniwa powstają na płytkach o powierzchni 210 mm x 210 mm [5]. 11 września 2023 firma DAS Solar zaprezentowała ogniwo TOPCon o sprawności 26,33%: Bardzo ważny jest fakt, iż rekord ten dotyczy ogniwa wykonanego na płytce z krzemu typu n o powierzchni 333,4 cm² [6].

Rys. 2.  Informacja firmy DAS Solar o nowym rekordzie sprawności ogniwa TOPCon – źródło DAS Solar

Ponadto firma Jollywood podała informację, iż jej celem jest produkcja ogniw TOPCon o sprawności 27%. 

Tak wysokie sprawności konwersji energii ogniw TOPCon znajdują także swoje odzwierciedlenie w rekordach sprawności dla modułów PV. Więcej na ten temat w artykule Nowości na rynku najsprawniejszych modułów PV. 

W artykule wykorzystano ogólnodostępne materiały oraz:

1. https://www.pv-magazine.com/2022/11/21/longi-claims-worlds-highest-silicon-solar-cell-efficiency/
2. Martin A. Green, Ewan D. Dunlop, Gerald Siefer, Masahiro Yoshita, Nikos Kopidakis, Karsten Bothe, Xiaojing Hao, Solar cell efficiency tables (Version 61), Prog Photovolt Res Appl. 2022;1–14
3. Martin A. Green, Ewan D. Dunlop, Gerald Siefer, Masahiro Yoshita, Nikos Kopidakis, Karsten Bothe, Xiaojing Hao, Solar cell efficiency tables (Version 62), Prog Photovolt Res Appl.2023;31:651–663.
4. https://www.pv-magazine.com/2023/04/12/jolywood-claims-26-7-efficiency-for-n-type-topcon-solar-cell/
5. https://www.trinasolar.com/en-glb/resources/newsroom/matrina-solar-n-type-i-topcon-advanced-technology-steps-world-stage-efficiency
6. https://www.das-solar.com/en/site/news_details/1156