Под термином PERC подразумевается солнечный элемент с технологией пассивации задней поверхности кремниевой пластины. Дословно PERC (Passivated Emitter Rear Cell) — пассивированный эмиттер задний контакт. Поскольку термин достаточно сложный, то мы решили разобраться в этой статье, что представляют собой солнечные элементы, изготовленные с технологией PERC, и за счет чего они имеют более высокую эффективность.

Сама по себе технология не нова. Концепция PERC была представлена еще в 1984 году учёными университета нового южного Уэльса (Австралия). Как и многим другим технологиям, PERC пришлось ждать почти 30 лет, для того чтобы стать рентабельной и пойти в массовое производство.

Что такое технология PERC?

В обычном фотоэлементе на тыльной стороне наносится слой алюминия, выполняющий функцию контактора для съема тока. Алюминий наносят по всей задней поверхности кремния, что обеспечивает сплошной контакт. При изготовлении PERC элемента между кремнием и алюминием наносится диэлектрический слой с микроотверстиями сделанными лазером.

PERC солнечный фотоэлемент

В результате контакт происходит именно через эти микроскопические отверстия. А слой диэлектрика обеспечивает функцию экрана отражателя.

Строение солнечного элемента с технологией PERC

Как PERC технология увеличивает КПД солнечной батареи?

Есть 3 основные причины, почему диэлектрический слой увеличивает эффективность солнечного элемента:

1. Увеличение поглощающей способности фотоэлемента

Слой на задней части солнечного элемента отражает свет, который проходит через солнечный элемент, обратно внутрь слоёв кремния. Это позволяет увеличить количество сгенерированных электронов.

Различные длинны волн спектра солнечного света генерируют электроны на различных уровнях структуры солнечной ячейки. Так, например, короткие волны (синий цвет) генерируют электроны возле передней поверхности фотоэлемент, в свою очередь, длинные волны (красный свет) генерируют больше электронов у тыльной стороны ячейки.

Длина волны солнечного спектра

Из-за этого длинноволновый спектр генерирует мало электронов т.к. вблизи тыльной стороны элемента просто поглощается задним алюминиевым контактом. Дополнительный слой способствует отражение этих лучей и позволяет сгенерировать больше электронов вблизи тыльного контакта.

Отражение солнечных лучей в солнечном элементе PERC

Особенно прибавка к производительности происходит в утреннее и вечернее время, а так же в пасмурную погоду. Поскольку большее количество коротковолнового излучения синего света (в спектре длин волн от 450 до 495 нм) в это время поглощается в атмосфере. Это происходит из-за того, что коротковолновый спектр имеет более длинный путь к поверхности Земли, чем спектр длинноволнового излучения.

Поглощающая способность солнечных элементов PERC

2. Снижение нежелательного перегрева в солнечном элементе

Кремниевые солнечные элементы не поглощают свет с длиной волны более 1180 нанометров. В стандартных солнечных элементах этот свет поглощается задним алюминиевым слоем и преобразуется в тепло. Как известно, нагрев снижает эффективность солнечных элементов. Диэлектрический слой отражает большее количество света с длиной волны более 1180 нм и помогает солнечному элементу работать более эффективно за счет меньшего перегрева.

Отражающая способность солнечных элементов PERC

3. Отражение электронов в зону p-n перехода

Кроме дополнительной генерации электронов и уменьшения перегрева фотоэлемента PERC технология способствует отражению уже сгенерированных электронов в зону p-n перехода.

Снижение рекомбенации в солнечном элементе PERC

Выбитый фотоном электрон под воздействием солнечного света может свободно «блуждать» по слою кремния и в некоторых случаях просто поглощаться на тыльном контакте элемента не участвуя в p-n переходе. Этот процесс называют рекомбинацией в фотоэлементе. Диэлектрический слой отражает электроны так же как солнечные лучи и дает большему количеству электронов возможность найти «дырку» для обеспечения фотоэффекта. И этот так же увеличивает производительность солнечной батареи.

Потенциал производства PERC фотоэлементов

Кроме более высокой эффективности, солнечные элементы PERC высокий экономический потенциал. Однако, для того, чтобы PERC модули стали дешевле обычных, потребуется существенное увеличение производственных мощностей.

Так как PERC совместим с существующим оборудованием для производства технологией, переход на новую технологию для производителей будет несложным. Сейчас наблюдается рост производства PERC модулей, который по прогнозам будет увеличиваться и в дальнейшем.

Прогноз производства солнечных элементов PERC (Источник: Energy Trend)

Солнечные элементы, изготовленные по технологии PERC, имеют эффективность более 20%. Это обеспечивает им преимущество по сравнению со стандартными кремниевыми солнечными элементами, имеющими КПД около 17-19%. Эта разница в эффективности добавляет 3-5 Вт номинальной мощности для PERC модуля с 60 солнечными элементами.