Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri ISE Enstitüsü’nden Dr. Armin Richter’in liderliğini ettiği bir araştırma ekibi, her iki tarafla emilim yapabilen silikon güneş pilleri için yüzde 26’lık rekor bir verimlilik elde etti. Yakın zamanda yayınlanan Nature Energy makalesinde “Dengeli Yük Taşıyıcı ve Rekombinasyon Kayıpları ile Yüksek Verimli İki Taraflı Silikon Güneş Pili İçin Tasarım Kuralları”, Richter’ın rekor kıran hücrenin yapısını anlatıyor ve tasarımla ilgili temel hususlardan bahsediyor.
Arka taraftaki hücre yüzeyinin, pasifleştirici temas toplayan tam alanlı bir yük taşıyıcı olarak tasarlanması, bu projenin başarılı olması için kilit bir noktaydı. Yüzde 90’ı kristal silikondan yapılmış güneş pilleri, küresel fotovoltaik pazarına hâkimdir. Son yıllardaki teknolojik gelişmeler sayesinde, verimlilikleri şimdiden kristal silikonun teorik verimlilik sınırına (yüzde 29,4) çok yaklaştı.
Bununla birlikte, iki taraflı güneş pilleri, endüstri standardı olarak kullanılmaya başlanmış ve daha az karmaşık yapıları nedeniyle endüstriyel üretimde tercih edilen seçenek haline gelmiştir. Fraunhofer ISE’deki güneş pili araştırmacıları, iki taraflı bu hücreler için, bu tür güneş pilleri için en yüksek verimliliği elde etmenin de mümkün olduğunu söylüyor.
Bu hücrenin başarısının en temel sebeplerinden biri de TOPCon teknolojisidir. (Tünel Oksit Pasifleştirici Temas). Fraunhofer ISE’de geliştirilen bu teknoloji, çok düşük yüzey rekombinasyon kayıplarını verimli yük taşıyıcı sistemlerle birleştirir. Endüstriyel standart hücrelerin ön tarafında bir pn bağlantısı bulunurken, kayıt hücresindeki pn bağlantısı arka tarafta, tam yüzeyli TOPCon teması olarak oluşturulmuştur. Bu nedenle, ön taraftaki tam yüzey bor artık gerekli değildir, böylece yalnızca doğrudan ön taraf kontaklarının altına yerel bir bor difüzyonu uygulanarak verimliliğin artması sağlandı.
Arkada bulunan bu TOPCoRE hücreleri ön tarafında bir toplama emitörüne sahip hücrelere göre daha yüksek voltajlara ve daha yüksek doldurma faktörlerine izin veriyor. Bu hücre tasarımı ile levha, yük taşıyıcı nakliyesi için daha iyi kullanılabilir bir hale geliyor ve alüminyum oksidin kullanıldığı ön taraf daha etkili bir şekilde pasifleştiriliyor.
Ayrıntılı güç kaybı analiz sonuçlarına göre, bu hücrenin genellikle hem elektron hem de boşluklu taşımanın getirdiği kayıpları ve ayrıca taşıma ve rekombinasyonın getirdiği kayıpları telafi ettiğini ve en aza indirdiğini göstermektedir.
Fraunhofer ISE’de Fotovoltaik Araştırma Bölümü Direktörü Profesörü Stefan Glunz ,”Sistematik simülasyon tabanlı bir analize dayalı olarak, gelecekteki yüksek verimli silikon güneş pilleri için yüzde 26’nın üzerinde verimlilik için bazı tasarım kuralları üretmeyi başardık. İki taraflı güneş pilleri, yüzde 27’ye varan verimliliklere ulaşma potansiyeline sahip ve bunu ileride başaracağız.” Diyor.
Fraunhofer ISE’de geliştirilen bu hücre yapısı, müteakip üretim adımının mevcut teknolojilere dayanması ve böylece birçok standart tekniğin kullanımına izin vermesi bakımından büyük bir avantaja sahip.
İleri okuma: Nature Energy (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00805-w
Meriç ÇAPAR
