Longi détaille les caractéristiques de sa cellule solaire HJT à contact arrière de 27,09 % de rendement

Dans un article publié dans Nature Communications, le fabricant chinois de panneaux solaires a expliqué que la cellule à contact arrière hétérojonction qu’il a présentée fin 2023 a atteint l’une des plus hautes tensions à circuit ouvert jamais rapportées pour cette technologie, ainsi que des pertes de courant de court-circuit plus faibles que d’habitude. Les résultats ont été confirmés par l’Institut allemand de recherche sur l’énergie solaire (ISFH).

octobre 18, 2024 Emiliano Bellini

Schéma de la cellule solaire HBC.

Image : Longi, nature communications, Common License CC BY 4.0

D’après pv magazine International

Un groupe de scientifiques de Longi a décrit dans un nouvel article scientifique la cellule solaire à contact arrière hétérojonction (HBC) avec une efficacité de 27,09 % qu’il a dévoilée en décembre 2023. À l’époque, Longi avait simplement indiqué que ce résultat avait été obtenu grâce à un nouveau processus de graphisme laser moins coûteux que les procédés de photolithographie conventionnels, sans fournir plus de détails.

Dans le nouvel article, la société précise que la technique de gravure laser avait été développée en interne. De plus, elle a fourni une description technique détaillée de l’architecture de la cellule et a présenté une stratégie pour améliorer la résistivité de contact, la résistance série et la conception du motif arrière. L’architecture de la cellule solaire a été décrite dans “27,09 % d’efficacité pour une cellule solaire à hétérojonction à contact arrière en silicium et au-delà“, publié dans Nature Communications. « La recherche offre de multiples stratégies et lignes directrices pour optimiser la conception structurelle et résoudre les principales contradictions au sein des cellules solaires à contact arrière », écrit le groupe de chercheurs.

Le groupe y indique que les cellules solaires HBC rencontrent des problèmes de pertes de recombinaison de porteurs, dus à la région de contact sélectif de trous et aux frontières de polarité. « Nous proposons des solutions à ces problèmes et établissons une relation claire entre la résistivité de contact, la résistance série et la conception du motif arrière », ajoute-t-il.

Le groupe de recherche a pour cela construit la cellule de 243,0 cm² avec une plaquette Czochralski M6 de 200 µm d’épaisseur, basée sur du silicium monocristallin de type n. Le côté avant est doté de revêtements anti-reflets (ARC), et le côté arrière est divisé en quatre régions : contact sélectif de trous (HSC), région de séparation, contact sélectif d’électrons (ESC) et HSC plus région de séparation. « Nous avons exploité du silicium amorphe comme couches de contact passivant et l’ablation laser comme technologie de production de masse pour la fabrication de cellules solaires HBC, ont expliqué les chercheurs. Cela confère des avantages tels qu’une faible fuite près de la frontière de polarité n-p, un faible coût, une difficulté d’application réduite et une grande uniformité ».

Grâce à la gravure laser, les chercheurs ont appliqué un laser vert pulsé en picoseconde pour ablater la superposition i-a-Si:H/p-a-Si:H dans la région ESC conçue. La couche d’oxyde conducteur transparent (TCO) a été déposée par la technique de pulvérisation magnétron. Ils ont également utilisé un laser ultraviolet pulsé en picoseconde pour ablater la région de séparation conçue, afin d’éliminer la superposition TCO/p-a-Si:H/i-a-Si:H pour l’isolation, évitant ainsi les canaux de fuite. La couche de nitrure de silicium (SiNx) a été utilisée pour protéger les performances de passivation de la superposition i-a-Si:H/n-a-Si:H.

Testé dans des conditions d’illumination standard, le dispositif a atteint une efficacité de conversion d’énergie de 27,07 % et une tension à circuit ouvert de 751 mV, avec des résultats confirmés par l’ISFH. La valeur de la tension à circuit ouvert est considérée par Longi comme l’une des plus élevées jamais enregistrées au niveau de la recherche pour ce type de cellule solaire.

Leur analyse a également montré que la cellule, comme d’autres dispositifs HBC, souffre d’effets d’ombrage électrique, car les porteurs des deux polarités sont collectés du même côté, entraînant une diminution de la densité de courant de court-circuit. Cependant, ils ont constaté que ces pertes étaient légèrement inférieures à celles observées dans les dispositifs précédents. « Cela est principalement attribué au gain de courant supplémentaire dû à la plaquette de silicium plus épaisse et à la zone d’illumination désignée utilisée lors des mesures, excluant les influences de recombinaison et de fuite à la bordure de la plaquette de silicium », ont-ils expliqué.

Le groupe a également découvert que la résistivité de contact joue un rôle clé dans les cellules solaires HBC à haute efficacité, affirmant que la minimisation de la zone de contact de la région HSC ou ESC était cruciale pour améliorer l’efficacité de la cellule. « En optimisant la région HSC, nous avons atteint la plus basse résistivité de contact en utilisant un film p-a-Si:H, a-t-il précisé. De plus, nous avons déterminé que la contribution de la résistivité de contact à la résistivité peut être calculée directement en fonction du rapport de surface de couverture ». Pour l’avenir, les chercheurs ont indiqué qu’ils souhaitent exploiter les effets de bordure de plaquette et mettre en œuvre une optimisation « méticuleuse » du revêtement anti-reflet avant et du réflecteur arrière.

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