La industria fotovoltaica global tiene un logro importante que celebrar a través de este logro de JinkoSolar junto con sus socios e instituciones de investigación, con el establecimiento del primer récord mundial certificado de eficiencia de células solares a escala industrial-. El récord mundial es el resultado de una única célula solar TOPCon de tamaño M10 desarrollada por el personal de JinkoSolar y ha sido certificada por tener una eficiencia máxima de conversión de energía del 26,66%. Por lo tanto, la eficiencia lograda permite a la empresa cerrar la brecha de eficiencia lograda con los productos producidos-en masa y el máximo teórico.
Además, el desarrollo de esta celda ha sido probado y verificado de forma independiente por un laboratorio de pruebas acreditado en China y ha dado como resultado el valor de eficiencia más alto reportado producido hasta la fecha en una celda solar TOPCon a escala industrial, dando paso a la comercialización de tecnologías solares de alta-eficiencia.
Excelencia colaborativa: del laboratorio a la fábrica
Se creó un nuevo dispositivo-para mantener registros gracias a una asociación entre investigadores de JinkoSolar y el Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE) de la Academia de Ciencias de China, así como con investigadores de la Universidad de Soochow y la Universidad Jiliang de China.
Los aspectos técnicos de la innovación se han documentado en Nature Energy en un artículo titulado "El refinamiento eléctrico de doble-lado permite células solares de silicio de contacto pasivantes de óxido de túnel industrial eficientes", escrito por Zhenhai Yang et al., con el profesor Jichun Ye como autor correspondiente.
Innovación técnica: una estrategia de refinamiento dual-
El equipo de investigación utilizó una oblea M10 con un área efectiva de313,3 cm², totalmente consistente con los estándares de producción industrial modernos, asegurando que los resultados obtenidos sean directamente transferibles a los entornos de fabricación.
El avance principal radica en una estrategia integral de optimización eléctrica-de doble cara que aborda las limitaciones de larga data en la arquitectura celular de TOPCon.
En el frente, los investigadores implementaronemisores de boro de alta-láminas-resistencia(aproximadamente 430 Ω/sq) combinado con diseños de rejilla optimizados. Este enfoque mejora significativamente la pasivación de la superficie al reducir la concentración de boro activo y la profundidad de difusión, minimizando así la recombinación Auger con el sustrato de silicio. La pasivación mejorada se evidencia por un aumento en la vida útil efectiva de los portadores minoritarios de 0,70 ms a 1,12 ms y una reducción en la densidad de corriente de recombinación de ~9 fA/cm² a ~5 fA/cm².
Para compensar la mayor resistencia de contacto asociada con los emisores de -láminas-de alta resistencia, el equipo optimizó el diseño de la rejilla frontal, reduciendo el espacio entre los dedos de 1120 μm a aproximadamente825 μmy estrechar el ancho de los dedos de ~20 μm a ~10 μm. Esta optimización no sólo compensa las pérdidas de transporte del transportista sino que también reduce el sombreado óptico y el consumo de pasta de plata.
En la parte trasera, el equipo presentó una novelaestructura de polisilicio/óxido de túnel de doble-capadiseñado para mitigar la degradación inducida por la metalización-. El análisis de microscopía electrónica de transmisión y espectroscopía de dispersión de energía reveló que en muestras convencionales de una sola capa-, los átomos de plata penetran completamente la capa de polisilicio e infiltran el sustrato de silicio. Por el contrario, la estructura de doble-capa bloquea eficazmente la difusión de plata-la capa exterior de polisilicio detiene la mayor parte de la penetración de plata, mientras que la capa interior de óxido evita aún más que la plata invada el sustrato.
La capa interna de polisilicio de la célula solar tiene un mayor nivel de cristalinidad, así como una densidad de límite de grano reducida. Además, la capa exterior o amorfa de la célula solar proporciona un canal de difusión controlado para que la plata modifique la estructura superficial de la célula solar, permitiendo la formación de contactos "óhmicos". Estos cambios innovadores en el diseño de la célula solar aumentaron la vida útil efectiva de la portadora minoritaria (de 3,54 ms a 5,87 ms) y aumentaron el voltaje de circuito abierto-implícito (de 752 mV a 757 mV).
Récord-Métricas de rendimiento récord
En condiciones de prueba estándar, la célula solar TOPCon de tamaño M10 entregó métricas de rendimiento excepcionales:
Eficiencia de conversión de energía: 26.66%
Voltaje de circuito abierto-(Voc):744,6 mV
Factor de llenado (FF): 85.57%
Corto-corriente de circuito:13,109 mA
Según el profesor Ye, autor principal del estudio, "el dispositivo ha logrado83,8% del límite de eficiencia teórica, superando a las células solares TOPCon convencionales". Esto representa una mejora significativa con respecto al rendimiento eléctrico relativo del 91,6% de las células TOPCon anteriores, acercándose al nivel de la tecnología de heterounión de silicio más avanzada.
Bifacialidad mejorada para un rendimiento en el mundo real-
Una innovación importante es el adelgazamiento local de la capa trasera de polisilicio en las regiones no-metalizadas de las células. El equipo pudo aumentar la eficiencia cuántica de la celda cuando se ilumina desde atrás reduciendo el espesor del polisilicio en estas regiones de 100 nm a 40 nm.
Los datos experimentales indicaron que el adelgazamiento del polisilicio da como resultado un aumento en la densidad de corriente de cortocircuito-de 2,88 mA/cm² cuando la celda está retroiluminada. Las simulaciones ópticas indicaron que por cada reducción de 10 nm en el espesor del polisilicio, las pérdidas por absorción parásita disminuyen en aproximadamente 0,40 mA/cm² y la absorción efectiva en el sustrato de silicio aumenta en aproximadamente 0,32 mA/cm².
Como resultado, la bifacialidad de la celda aumentó del 83,4% al 88,3%, aumentando significativamente el rendimiento energético potencial en situaciones reales donde la recolección de luz trasera-contribuye a la cantidad total de energía producida.
Hoja de ruta hacia el 28% y más allá
Para aprovechar este récord, JinkoSolar también sigue siendo líder en tecnología TOPCon, ya que ha establecido el récord mundial a escala de laboratorio-de una célula solar TOPCon con una eficiencia del 27,02 % verificada por NPVM en China. JinkoSolar también ha podido lograr una eficiencia máxima de conversión de energía del 25,58% con su módulo TOPCon más reciente que ha sido certificado por TÜV SÜD. Para promover el desarrollo de su tecnología, JinkoSolar ha desarrollado una hoja de ruta tecnológica-a largo plazo. JinkoSolar declaró públicamente en su informe técnico más reciente que prevé superar el umbral del 28 % de eficiencia para el año 2028, y espera continuar desarrollando la tecnología TOPCon y mantener una posición de liderazgo en la producción y fabricación de módulos fotovoltaicos de alta-eficiencia.
Implicaciones de la industria
La tecnología TOPCon actualmente domina70% de cuota de mercadoen la industria fotovoltaica mundial, impulsada por su rentabilidad-y su compatibilidad con los procesos de fabricación existentes. Este último avance en eficiencia demuestra que las células TOPCon a escala industrial-todavía tienen un margen sustancial de mejora, desafiando las suposiciones sobre la madurez tecnológica y ampliando la hoja de ruta para las células solares-basadas en silicio.
El logro proporciona un camino técnico viable para reducir la brecha entre la producción industrial y los límites teóricos de eficiencia, fortaleciendo aún más la posición competitiva de TOPCon en el mercado solar global. A medida que la industria continúa exigiendo una mayor eficiencia y un menor costo nivelado de la electricidad, estas innovaciones desempeñan un papel crucial en la aceleración de la transición energética global.
