Fotovoltaik texnologiyaning evolyutsion yo'li: Al{0}}BSF dan Perovskit tandemlarigacha

Fotovoltaik sanoat so'nggi ellik yil ichida texnologiya tufayli juda tez o'zgardi. Yuqori samaradorlik, elektr energiyasining (yoki LCOE) past darajadagi narxi va ishlab chiqarishni yaxshilashga intilish quyosh batareyasi texnologiyasining ko'plab avlodlariga olib keldi. Oddiy kristalli kremniy dizaynlaridan tortib, ilg'or tandem tuzilmalarigacha, har bir avlod ilmiy rivojlanishni va ishlab chiqaruvchilar o'rtasidagi agressiv raqobatni ifodalaydi, bu esa sanoatda keng miqyosda-tatbiq etilishiga olib keladi. Quyidagi inshoda biz PV texnologiyasining rivojlanishidagi eng muhim bosqichlarni, jumladan dominant texnologiyalarni, ularning innovatsiyalarini va quyosh energiyasini ishlab chiqarish va iste'mol qilishni o'zgartiradigan yangi va rivojlanayotgan texnologiyalarni ko'rib chiqamiz.

O'nlab yillar davomida sanoat standarti alyuminiy orqa sirt maydoni (Al-BSF) xujayrasi edi. Odatda p{2}}tipdagi monokristal yoki ko‘p kristalli kremniyga asoslangan bu oddiy, ammo samarali tuzilmada to‘liq-alyuminiy orqa kontakt mavjud edi. Uni ishlab chiqarish jarayoni nisbatan etuk va arzon-boʻlib, quyosh energiyasini birinchi yirik-kommersiyalashtirish imkonini berdi. Biroq, Al-BSF asosiy cheklovga ega edi: jiddiy orqa{9}}sirt rekombinatsiyasi. Orqa yuza yaqinida hosil bo'lgan elektronlar osongina rekombinatsiyalanib, hujayraning ochiq kontaktlarning zanglashiga-va shuning uchun uning amaliy samaradorligini 18-19% atrofida cheklaydi. 2010-yillarning boshlariga kelib, Al{16}}BSF endi sanoat samaradorligi maqsadlariga erisha olmasligi maʼlum boʻldi, bu esa yaxshiroq tuzilmani izlashga undadi.

Yutuq Passivlashtirilgan Emitent va Orqa hujayra (PERC) arxitekturasi bilan keldi. Dastlab 1980-yillarda ixtiro qilingan, lekin faqat 2015–2018 yillarda katta miqyosda tijoratlashtirilgan PERC muhim yangilikni taqdim etdi: orqa yuzada passivatsiya qatlami (odatda alyuminiy oksidi). Bu qatlam ozchilik tashuvchilarni qaytardi va rekombinatsiyani keskin qisqartirdi, bu esa yuqori kuchlanish va yaxshilangan yorug'likni ushlab turish imkonini berdi. PERC xujayralari ommaviy ishlab chiqarish samaradorligini tezda 19% dan 23% ga ko'tardi va ularni ishlab chiqarish jarayoni mavjud Al-BSF liniyalariga ozgina o'zgartirish kiritishni talab qildi. Shunday qilib, PERC deyarli o'n yil davomida shubhasiz asosiy texnologiyaga aylandi. Biroq, 2022–2023 yillarga kelib, PERC o‘zining nazariy samaradorlik chegarasiga taxminan 24,5% yaqinlasha boshladi, bu esa rentabellikning pasayishi va yorug‘likdan kelib chiqadigan degradatsiya (LID) muammosiga duch keldi va bu keyingi avlodga yo‘l ochdi.

PERC shiftiga yaqinlashganda, diqqat markazida n-turdagi kremniy gofretlarga oʻtdi, ular ozchilik tashuvchilarning ishlash muddati va nol LIDni taqdim etadi. Ikkita arxitektura oldingi-yovchi sifatida paydo bo'ldi.

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) yaratilishi PERC{0}}oʻxshash tuzilmalarni ishlab chiqish bilan boshlangan. Yaxshilanish juda yupqa dielektrik tunnel oksidi qatlami va yuqori{2}}orqasi{3}}qo‘shilgan polisilikon qatlami bilan birlashtirilgan. Bu aloqada ham, passivatsiyada ham ajoyib sifatga olib keladi. TOPCon tezda hujayralarni ommaviy ishlab chiqarishda 25% samaradorlikdan oshib ketdi, ba'zi yirik hujayra ishlab chiqaruvchilari esa ba'zida 26% dan yuqori samaradorlik haqida xabar berishdi. TOPCon uchun yana bir muhim afzallik uning mavjud PERC ishlab chiqarish liniyalarida ishlash qobiliyati edi, minimal asboblar qo'shimchalarini talab qiladi, bu unga aniq iqtisodiy afzallik beradi va 2025 yil oxirida asosiy texnologiya sifatida o'zini namoyon qildi.

HJT (Heterojunction Technology) amorf kremniy qatlamlari yordamida n-tipli kristalli gofret yuzasini passivlashtiradi. HJT juda yuqori ochiq kontaktlarning zanglashiga{2}}(750 mV dan ortiq), kamroq jarayon bosqichlarini (kamroq murakkab ishlov berish), pastroq harorat koeffitsientini ta'minlaydi va tabiiy ravishda ikki tomonlama. HJT samaradorligi TOPConnikidan bir oz kamroq bo'lsa-da (laboratoriya sharoitida ommaviy ishlab chiqarishda taxminan 25,5% / samaradorlik rekordlari 26,8% dan ortiq bo'lgan), uning sezilarli darajada yuqori investitsiya talablari (PECVD va PVD uskunalari narxi tufayli) va katta indiydan foydalanish texnologiyaning bozorga kirish tezligiga to'sqinlik qildi. Biroq, HJT hali ham bozorda kuchli raqobatchi bo'lib qolmoqda, ayniqsa mis{8}}qoplash yoki kumushni tejash-texnologiyalaridan foydalanganda.

Oldinga qarab, ikkita texnologiya samaradorlik shiftini qayta belgilashga va'da beradi. Interdigitated Orqa kontakt (BC) xujayralari barcha elektr kontaktlarini orqa tomonga o'tkazib, old-to'rning soyasini butunlay yo'q qiladi. Bu butunlay qora koʻrinishga-yaqinlik va samaradorlikni standart TOPConga nisbatan 0,5–1% mutlaq oshiradi. Sanoat rahbarlari BC ni ommaviy ishlab chiqarishga undab, uni keyingi asosiy iteratsiya sifatida joylashtirmoqda.

Quyosh xujayrasi texnologiyasining yanada buzuvchi shakli bu perovskit ustki xujayrasi (yuqori energiyali fotonlarni olish uchun) va kremniy pastki hujayradan (-pastroq energiya fotonlarini olish uchun) bir birlikda yig'ilgandan iborat bo'lgan tandem quyosh xujayrasi bo'lib, quyosh xujayralari samaradorligini hozirgi vaqtda 30% dan oshib ketdi va mehnat qobiliyatini 33% dan oshirdi. Ushbu texnologiya bilan bog'liq qolgan to'siqlarga quyidagilar kiradi: barqarorlik, katta maydonda ishlab chiqarish va qo'rg'oshin toksikligi. Yirik ishlab chiqaruvchilar ushbu muammolarni hal qilish maqsadida ishlab chiqarish uchun tajriba liniyalarini allaqachon yo'lga qo'ygan va agar bu to'siqlarni bartaraf etish mumkin bo'lsa, perovskit tandemlari quyosh energiyasidan foydalanishga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin, bu esa ommaviy ishlab chiqarilgan mahsulotlarning samaradorligini-35% dan yuqori bo'lishi mumkin.

PV sanoatining texnologiya iteratsiyasi doimiy takomillashtirish va strategik almashtirishning ajoyib hikoyasidir. Al{1}}BSFning soddaligidan PERC hukmronligigacha, TOPCon va HJTning samaradorlik poygasidan tortib BC va perovskit tandemlarining radikal va'dasigacha, har bir bosqich yangi samaradorlik va xarajat-fazalarini ochdi. Bugungi kunda sanoat hayajonli chorrahada turibdi: TOPCon hozirgi hajmni boshqarsa, BC va tandem texnologiyalari keyingi o'n yillikni belgilashga tayyor. Ushbu tinimsiz evolyutsiya oddiy haqiqatni ta'kidlaydi - quyoshda yagona doimiy narsa quyoshning cheksiz energiyasini yig'ishning yanada samarali usullariga intilishdir.