Кремниевые солнечные элементы на фотонных кристаллах показали потенциал эффективности 29,1% - «Новости Электроники»

Исследователи из Германии провели серию компьютерных симуляций, чтобы оценить, как фотонные кристаллы могут повысить эффективность встречно-штыревых солнечных элементов с обратным контактом на основе пассивирующего электронно-селективного покрытия из поликремния с оксидом n+-типа (POLO) на отрицательном контакте элемента и дырочно-селективного p+-перехода POLO на плюсовом контакте.

Фотонные кристаллы представляют собой структуры с периодически изменяющейся диэлектрической проницаемостью, которые идеально подходят для светособирающих приложений в фотоэлектрике, поскольку они имеют запрещенную зону, которая препятствует распространению света в определенном частотном диапазоне, что увеличивает длину пути фотона, особенно для высоких длин волн.

Предполагалось, что смоделированный фотоэлемент расположен на пластине со стандартной толщиной 150 мкм, и ученые обнаружили, что его эффективность может достигать более 28% при нормальной освещенности. «Поскольку уравнения Максвелла предсказывают формирование оптических мод, параллельных поверхности, оптика практически не зависит от толщины пластины, - объясняет Пейбст. - Поэтому последний может быть значительно уменьшен, что также снижает внешние и внутренние рекомбинационные потери в пластине».

Немецкие инженеры также исследовали, как улучшение процесса гидрирования переходов POLO с помощью массива слоев диэлектрика на задней стороне из оксида алюминия и нитрида кремния (Al2O3/SiNx/Al2O3) может еще больше повысить эффективность устройства при той же стандартной толщине. Было обнаружено, что эта конфигурация имеет потенциал для достижения эффективности до 29,1%. «Даже без фотонных кристаллов прогнозируется потенциал эффективности 27,8% для улучшенного качества пассивации поверхности на пластинах толщиной 150 мкм», - заявили ученые.

«Перенос концепции фотонных кристаллов в фотоэлектрические технологии находится на очень ранней стадии, - говорит Пейбст. - Хотя нет никаких сомнений в том, что уравнения Максвелла и фотонные кристаллы уже коммерциализированы для других приложений, их преимущества пока не продемонстрированы на уровне солнечных элементов. Сейчас мы планируем экспериментально исследовать такие проблемы, как угловая зависимость и влияние спектральных вариаций».

По его словам, еще одним важным шагом будет разработка промышленно осуществимого и дешевого метода изготовления фотонных кристаллов даже на поврежденных протравленных поверхностях. Пока что фотонные кристаллы изготавливаются с помощью различных методов литографии, - заявил он. - Однако их целевой размер для применения на передней стороне солнечных элементов около 1-3 мкм также можно реализовать с помощью других технологий, которые можно считать достаточно дешевыми для фотоэлектрических систем».

Что касается стоимости солнечных элементов на основе фотонных кристаллов, то она будет такой же, как и у высокоэффективных элементов премиум-класса. «Стоимость пока намного выше, чем для стандартных модулей PERC, но, вероятно, их можно еще снизить за счет эффекта масштабирования и, в частности, за счет появления недорогих схем металлизации, таких как нелегирующие алюминиевые пасты для контакта с поликремнием, - добавил Пейбст. – Эти устройства могут найти идеальное применение в крышнх солнечных батареях и фотоэлементах, встроенных в автомобили.

Работа ученых была опубликована в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells. В исследовательскую группу вошли сотрудники Университета Лейбница в Ганновере и Института исследований солнечной энергии в Гамлене (ISFH).

Источник: sciencedirect.com