Fraunhofer, efficienza record al 26% per celle fotovoltaiche

Fraunhofer, efficienza record al 26% per celle fotovoltaiche

Un team di ricercatori guidato dal Dr. Armin Richter del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE ha raggiunto un'efficienza di conversione record del 26,0% per le celle solari al silicio a contatto con entrambi i lati.

In un recente articolo pubblicato su Nature Energy, Richter spiega la struttura della cella da record e presenta aspetti fondamentali legati al design che portano a efficienze ancora più elevate. Il design della superficie posteriore della cella come un contatto passivante che raccoglie portatori di carica su tutta l'area è stato la chiave del successo. 

Con una quota superiore al 90%, le celle solari in silicio cristallino dominano il mercato globale del fotovoltaico. Grazie ai progressi tecnologici degli ultimi anni, la loro efficienza si è già avvicinata molto al limite teorico di efficienza del silicio cristallino (29,4%). In precedenza, le efficienze record di circa il 26% erano limitate alle celle solari con entrambi i contatti metallici sul retro, le cosiddette celle solari a contatto posteriore interdigitato, o IBC. Le celle solari con contatto su entrambi i lati, tuttavia, si sono affermate come lo standard industriale e sono diventate la scelta preferita nella produzione industriale grazie alla loro minore complessità.

Con un nuovo approccio per le celle a contatto su entrambi i lati, i ricercatori del Fraunhofer ISE dimostrano che è possibile raggiungere le più alte efficienze per questo tipo di cella solare.

Tecnologia TOPCon per la cella record

La base della cella record è la tecnologia TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact). Sviluppata al Fraunhofer ISE, questa tecnologia combina i vantaggi di perdite di ricombinazione superficiale molto basse con un efficiente trasporto di portatori di carica. Mentre le celle standard industriali hanno una giunzione pn sul lato anteriore, la giunzione pn nella cella record è stata formata sul lato posteriore come un contatto TOPCon a tutta superficie. Così, il drogaggio del boro su tutta la superficie sul lato anteriore non era più necessario ed è stata implementata solo una diffusione locale del boro direttamente sotto i contatti sul lato anteriore.

Questa cella TOPCoRE (TOPCon Rear Emitter Solar Cell) permette tensioni più elevate e fattori di riempimento più alti rispetto alle celle con un emettitore di raccolta sul lato anteriore.

Con questo design della cella, il wafer può essere utilizzato meglio per il trasporto dei portatori di carica e il lato anteriore è passivato in modo più efficace, per cui viene utilizzato l'ossido di alluminio. L'analisi dettagliata delle perdite di potenza mostra che questa cella generalmente compensa e minimizza sia le perdite di trasporto di elettroni e buchi, sia le perdite di trasporto e ricombinazione.

Prof. Stefan Glunz, direttore della divisione di ricerca fotovoltaica al Fraunhofer ISE
Sulla base di un'analisi sistematica basata sulla simulazione, siamo stati in grado di ricavare alcune regole di progettazione fondamentali per le future celle solari al silicio ad alta efficienza, superiori al 26% di efficienza. Le celle solari con contatto su entrambi i lati hanno il potenziale per raggiungere efficienze fino al 27%  e quindi superare il precedente record mondiale per le celle solari al silicio.

Questa struttura di celle ha un grande vantaggio nel fatto che la successiva fase di produzione - collegare le celle solari per formare un modulo - può essere basata su tecnologie esistenti, permettendo così l'uso di molte tecniche standard.