新しい研究により、トンネル酸化物パッシベーション接触（TOPCon）の電力変換効率が向上しました。これは、先進的なシリコン太陽電池の一種です。特に、二重作用のメタライゼーション戦略により、工業用TOPConシリコン電池は26.31%の認証電力変換効率を達成しました。通常、TOPCon太陽電池はメタライゼーションプロセスで効率を失います。なぜなら、高温焼結がパッシベーション層を損傷し、光を遮る厚い導電メッシュが必要になるからです。この新しい戦略は、アルミニウムを使用しない銀ペーストとレーザー強化接触最適化（LECO）を用いることでこの問題を解決し、熱の代わりに精密なレーザー活性化を利用します。
この進展は、中国科学院寧波材料技術与工程研究所（NIMTE）と蘇州大学の協力によるものです。
チームはプレスリリースで次のように述べています。「この新しい方法は、接触抵抗とパッシベーション保護の間の内在的なトレードオフを解決し、製造可能性を損なうことなく、次世代の高効率光伏技術の工業化に向けた実用的な道を提供します。」TOPCon太陽電池パネルは、既存の生産ラインで最小限の再調整で製造できるため、世界市場を支配しています。しかし、高効率は、電気接触下の超薄酸化物バッファ層に依存しており、このバッファ層は捕獲された電子の再結合を防ぎ、太陽光から吸収されたエネルギーを保護します。欠陥は製造プロセスの完了にあります。
従来の製造方法では、表面に銀アルミペーストを印刷し、高温炉で電池を焼結するため、アルミニウムが下に突き刺さり、保護的なパッシベーション層を通過し、下のシリコンエミッターを変形させます。
TOPCon太陽電池の革新的技術が効率を向上させる
さらに悪いことに、焼結プロセス中に流動するペーストが拡散し、貴重な光の進入を妨げます。チームは、アルミニウムを含まない銀ペーストとレーザー強化接触最適化を組み合わせることで、電池の損傷を防ぎました。特に、この専用の高保持ペーストは、55%のアスペクト比を持つ超薄の高メッシュラインを形成し、アルミニウムの突き刺し問題を排除し、光の遮蔽を減少させます。同時に、単一波長のレーザーが逆電圧バイアス下で微小な位置に低抵抗の銀接触点を正確に溶接し、高熱焼結を代替し、基礎の結晶構造を保護します。このカスタマイズされたペーストのおかげで、重要なパッシベーション層は、既存の高温焼結による深刻な格子擾乱やアルミニウム合金化の損害を回避できました。
全体的に見て、この技術は成功を収めました。この設計は、41.98 mA/cm²という記録的な短絡電流密度を達成し、光の吸収を最大化し、電荷の漏れを防ぎます。研究者によれば、この密度は「これまでに報告された超大面積TOPCon太陽電池の最高認証Jsc」です。この進展は、光学的遮蔽を最小化し、パッシベーション層を保護することが、最大電流の抽出に直接つながることを示しています。さらに、チームはこのプロセスが既存の組立ラインに簡単に統合できるため、高価な工場インフラの変更を回避できると述べています。
さらに重要なことに、この技術は太陽光発電に珍しい三重の利点を提供します：より安価な電力、改善された長期的安定性、そして最大限の太陽光利用率です。
工場、倉庫、物流センター、オフィスビルは、限られた屋根スペース内でエネルギー出力を最大化するためにTOPConパネルに依存しています。平方フィートあたりより多くのキロワット時を生産することで、これらのパネルは商業物件が25年から30年の運用寿命の間に長期的な発電を最適化できるようにします。この研究結果は、8月6日にジャーナル『Matter』に発表されました。