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Cover the edge of a solar cell with an opaque material during testing and its measured efficiency goes up. Longi researcher Genshun Wang and his colleagues wanted to understand why. The question came from an earlier study on high-efficiency back-contact cells, where the team found that the wafer edge was a major channel of current loss, and that masking it raised the measured efficiency to 27.09% over the designated illumination area, against 26.74% over the total area.
Recouvrir le bord d'une cellule solaire d'un matériau opaque pendant les tests fait monter son rendement mesuré. Le chercheur de Longi Genshun Wang et ses collègues voulaient comprendre pourquoi. La question est née d'une étude antérieure sur les cellules à contacts arrière à haut rendement, au cours de laquelle l'équipe a constaté que le bord de la plaquette constituait une voie majeure de perte de courant, et que son masquage portait le rendement mesuré à 27,09 % sur la zone d'éclairage désignée, contre 26,74 % sur la surface totale.
Charge carriers, the electrons and holes that light releases in silicon, are lost when they recombine before reaching the contacts. Wang said earlier work had treated the masked strip as simple geometric shielding, or as a parallel dark sink in a circuit model, with little said about how carriers actually move. Using Quokka 3 simulations, the team showed that the mask turns the outer region from an illuminated, conductive area into a dark, resistive one. This “resistive barrier” keeps carriers from drifting toward the edge, which is where they would otherwise recombine and be lost.
Les porteurs de charge, c'est-à-dire les électrons et les trous libérés par la lumière dans le silicium, sont perdus lorsqu'ils se recombinent avant d'atteindre les contacts. Wang explique que les travaux antérieurs traitaient la bande masquée comme un simple écran géométrique, ou comme un puits sombre en parallèle dans un modèle de circuit, sans grand-chose sur la manière dont les porteurs se déplacent réellement. À l'aide de simulations Quokka 3, l'équipe a montré que le masque transforme la zone extérieure, d'abord éclairée et conductrice, en une zone sombre et résistive. Cette « barrière résistive » empêche les porteurs de dériver vers le bord, où ils se recombineraient autrement et seraient perdus.
The experiments located an optimum. A 5 mm mask gave the best result, while masks of 10 mm and 15 mm reduced efficiency because the inactive area grew and brought its own electrical losses. Short-circuit current density first rose with mask width, while open-circuit voltage fell. In cells without edge passivation, the gain was about 0.2 percentage points. The simulations also showed that carriers can still reach the masked region through the metal grid lines, which limits the benefit. The team proposed removing metallization from the masked area to isolate the edge electrically, and its model predicts gains in fill factor and open-circuit voltage from that change.
Les expériences ont permis de localiser un optimum. Un masque de 5 mm a donné le meilleur résultat, tandis que des masques de 10 mm et de 15 mm ont réduit le rendement, car la zone inactive s'est agrandie et a généré ses propres pertes électriques. La densité de courant de court-circuit augmentait d'abord avec la largeur du masque, tandis que la tension en circuit ouvert diminuait. Sur les cellules sans passivation de bord, le gain était d'environ 0,2 point de pourcentage. Les simulations ont également montré que les porteurs peuvent encore atteindre la zone masquée via les lignes de la grille métallique, ce qui limite le bénéfice. L'équipe propose de retirer la métallisation de la zone masquée afin d'isoler électriquement le bord, et son modèle prévoit, grâce à ce changement, des gains en facteur de forme et en tension en circuit ouvert.
What changes is mainly for the people who measure cells. Labs that publish efficiency records can separate edge losses from the other factors that limit a device, and cell designers can calculate the mask width that gives the largest masking gain, so that a suitable grid layout can deliver it. The paper, published in Solar Energy Materials and Solar Cells, gives no timeline, and the authors are clear about the limit: “It is worth stressing that this is not a production technology,” Wang said. Selective metallization adds process complexity, and the masked area generates no power, so it lowers the share of total cell area that produces electricity.
Ce changement concerne surtout les personnes qui mesurent les cellules. Les laboratoires qui publient des records de rendement peuvent séparer les pertes de bord des autres facteurs qui limitent un dispositif, et les concepteurs de cellules peuvent calculer la largeur de masque qui offre le plus grand gain, afin qu'une disposition de grille adaptée puisse le réaliser. L'article, publié dans Solar Energy Materials and Solar Cells, ne donne pas de calendrier, et les auteurs sont clairs sur la limite : « Il est important de souligner que ce n'est pas une technologie de production », a déclaré Wang. La métallisation sélective ajoute de la complexité au procédé, et la zone masquée ne génère aucune énergie, ce qui réduit la part de la surface totale de la cellule qui produit de l'électricité.