De wereldwijde fotovoltaïsche industrie heeft een belangrijke prestatie te vieren door deze prestatie van JinkoSolar samen met hun partners en onderzoeksinstellingen, met de oprichting van het eerste gecertificeerde wereldrecord voor zonnecelefficiëntie op industriële- schaal. Het wereldrecord is het resultaat van een enkele TOPCon-zonnecel van M10-formaat, ontwikkeld door het personeel van JinkoSolar en gecertificeerd als een maximale energieomzettingsefficiëntie van 26,66%. Daarom stelt de bereikte efficiëntie het bedrijf in staat de kloof in efficiëntie te dichten die wordt bereikt met massa{0}}geproduceerde producten en het theoretische maximum.
Bovendien is de ontwikkeling van deze cel onafhankelijk getest en geverifieerd door een geaccrediteerd testlaboratorium in China en heeft dit geresulteerd in de hoogste gerapporteerde efficiëntiewaarde die tot nu toe op een TOPCon-zonnecel op industriële schaal is geproduceerd, waardoor de weg is vrijgemaakt voor het commercialiseren van hoog-efficiënte zonnetechnologieën.
Collaboratieve uitmuntendheid: van laboratorium tot fab
Er is een nieuw record--apparaat gecreëerd via een partnerschap van onderzoekers van JinkoSolar en het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) binnen de Chinese Academie van Wetenschappen, maar ook met onderzoekers van de Soochow Universiteit en de China Jiliang Universiteit.
De technische aspecten van de innovatie zijn gedocumenteerd in Nature Energy in een artikel met de titel 'Dual- side electric verfijning maakt efficiënte industriële tunneloxide-passiverende contact-siliciumzonnecellen mogelijk', geschreven door Zhenhai Yang et al., met professor Jichun Ye als de corresponderende auteur.
Technische innovatie: een tweezijdige verfijningsstrategie-
Het onderzoeksteam maakte gebruik van een M10-wafel met een effectief oppervlak van 313,3 cm², volledig in overeenstemming met de moderne industriële productienormen, waardoor de behaalde resultaten direct overdraagbaar zijn naar productieomgevingen.
De belangrijkste doorbraak ligt in een veelomvattende tweezijdige strategie voor elektrische optimalisatie- die al lang bestaande beperkingen in de TOPCon-celarchitectuur aanpakt.
Aan de voorkant implementeerden de onderzoekers boorstralers met hoge-plaat-weerstand (ongeveer 430 Ω/sq) in combinatie met geoptimaliseerde roosterontwerpen. Deze aanpak verbetert de passivatie van het oppervlak aanzienlijk door de actieve boorconcentratie en diffusiediepte te verminderen, waardoor Auger-recombinatie met het siliciumsubstraat wordt geminimaliseerd. De verbeterde passivatie blijkt uit een toename van de effectieve levensduur van minderheidsdragers van 0,70 ms naar 1,12 ms en een vermindering van de recombinatiestroomdichtheid van ~9 fA/cm² naar ~5 fA/cm².
Om de verhoogde contactweerstand te compenseren die gepaard gaat met emitters met hoge-plaat-plaatweerstand, optimaliseerde het team het ontwerp van het voorste rooster, waarbij de vingerafstand werd verkleind van 1.120 μm naar ongeveer 825 μm en de vingerbreedte werd verkleind van ~20 μm naar ~10 μm. Deze optimalisatie compenseert niet alleen de transportverliezen van de drager, maar vermindert ook de optische schaduw en het verbruik van zilverpasta.
Aan de achterkant introduceerde het team een nieuwe dubbel-laagse tunneloxide/polysiliciumstructuur, ontworpen om door metallisatie-geïnduceerde degradatie te verminderen. Transmissie-elektronenmicroscopie en energiedispersieve spectroscopie-analyse onthulden dat zilveratomen in conventionele enkel- enkellaagse monsters volledig de polysiliciumlaag binnendringen en het siliciumsubstraat infiltreren. Daarentegen blokkeert de dubbel-laagstructuur effectief zilverdiffusie-de buitenste polysiliciumlaag stopt de meeste zilverpenetratie, terwijl de binnenste oxidelaag verder verhindert dat zilver het substraat binnendringt.
De binnenste polysiliciumlaag van de zonnecel heeft een hogere kristalliniteit en een lagere korrelgrensdichtheid. Bovendien biedt de buitenste, of amorfe, laag van de zonnecel een gecontroleerd diffusiekanaal voor het zilver om de oppervlaktestructuur van de zonnecel te wijzigen, waardoor de vorming van "ohmse" contacten mogelijk wordt. Deze innovatieve veranderingen in het ontwerp van de zonnecel verlengden de effectieve levensduur van de minderheidsdragers (van 3,54 ms naar 5,87 ms) en verhoogden de impliciete open-circuitspanning (van 752 mV naar 757 mV).
Registreer-brekende prestatiestatistieken
Onder standaard testomstandigheden leverde de TOPCon-zonnecel van M10-formaat uitzonderlijke prestatiegegevens:
Efficiëntie van energieconversie: 26.66%
Open-Circuitspanning (Voc):744,6 mV
Vulfactor (FF): 85.57%
Kortsluit-stroom:13.109mA
Volgens professor Ye, de hoofdauteur van het onderzoek, "heeft het apparaat 83,8% van de theoretische efficiëntielimiet bereikt en presteert het beter dan conventionele TOPCon-zonnecellen". Dit vertegenwoordigt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de relatieve elektrische prestaties van 91,6% van eerdere TOPCon-cellen, en nadert het niveau van de meest geavanceerde silicium-heterojunctietechnologie.
Verbeterde tweezijdigheid voor prestaties in de echte-wereld
Een belangrijke innovatie is het lokaal dunner worden van de achterste polysiliciumlaag in de niet-gemetalliseerde gebieden van de cellen. Het team was in staat de kwantumefficiëntie van de cel te vergroten wanneer deze van achteren werd belicht, door de polysiliciumdikte in deze gebieden te verminderen van 100 nm naar 40 nm.
De experimentele gegevens gaven aan dat het dunner worden van polysilicium resulteert in een toename van de kortsluitstroomdichtheid van 2,88 mA/cm² wanneer de cel van achteren wordt belicht. De optische simulaties gaven aan dat voor elke 10 nm vermindering van de polysiliciumdikte de parasitaire absorptieverliezen met ongeveer 0,40 mA/cm² afnemen, en dat de effectieve absorptie in het siliciumsubstraat met ongeveer 0,32 mA/cm² toeneemt.
Als resultaat hiervan nam de tweezijdigheid van de cel toe van 83,4% naar 88,3%, waardoor de potentiële energieopbrengst aanzienlijk toenam in feitelijke situaties waarin de lichtverzameling aan de achterkant- bijdraagt aan de totale hoeveelheid geproduceerde stroom.
Routekaart naar 28% en verder
Om voort te bouwen op dit record blijft JinkoSolar ook een leider op het gebied van TOPCon-technologie, aangezien zij het wereldrecord op laboratorium-schaal hebben gevestigd van een TOPCon-zonnecel met een efficiëntie van 27,02%, geverifieerd door NPVM in China. JinkoSolar heeft ook een maximale energieconversie-efficiëntie van 25,58% kunnen bereiken met hun meest recente TOPCon-module die is gecertificeerd door TÜV SÜD. Om de ontwikkeling van zijn technologie te bevorderen heeft JinkoSolar een technologische roadmap voor de lange termijn- ontwikkeld. JinkoSolar heeft in zijn meest recente witboek publiekelijk verklaard dat het verwacht de drempel van 28% efficiëntie tegen het jaar 2028 te zullen overschrijden, en dat het verwacht de TOPCon-technologie te blijven ontwikkelen en een leidende positie te behouden in de productie en productie van hoog-efficiënte fotovoltaïsche modules.
Implicaties voor de industrie
TOPCon-technologie heeft momenteel een marktaandeel van meer dan 70% in de mondiale fotovoltaïsche industrie, dankzij de kosten-effectiviteit en compatibiliteit met bestaande productieprocessen. Deze nieuwste doorbraak op het gebied van efficiëntie laat zien dat TOPCon-cellen op industriële-schaal nog steeds aanzienlijke ruimte voor verbetering hebben, waardoor aannames over technologische volwassenheid ter discussie worden gesteld en de routekaart voor op silicium-gebaseerde zonnecellen wordt uitgebreid.
Deze prestatie biedt een haalbaar technisch traject om de kloof tussen de industriële productie en de theoretische efficiëntielimieten te verkleinen, waardoor de concurrentiepositie van TOPCon op de mondiale zonne-energiemarkt verder wordt versterkt. Terwijl de industrie een hogere efficiëntie en lagere elektriciteitskosten blijft eisen, spelen dergelijke innovaties een cruciale rol bij het versnellen van de mondiale energietransitie.
