Longi, la mascheratura dei bordi gonfia l'efficienza misurata

Coprire il bordo di una cella solare con un materiale opaco durante i test ne fa salire l'efficienza misurata. Il ricercatore di Longi Genshun Wang e i suoi colleghi volevano capire il perché. La domanda nasce da uno studio precedente su celle ad alta efficienza a contatti posteriori, in cui il team aveva scoperto che il bordo del wafer era un canale importante di perdita di corrente e che mascherarlo alzava l'efficienza misurata al 27,09% sull'area di illuminazione designata, contro il 26,74% sull'area totale.

Le cariche, cioè gli elettroni e le lacune che la luce libera nel silicio, si perdono quando si ricombinano prima di raggiungere i contatti. Wang ha spiegato che i lavori precedenti consideravano la striscia mascherata come una semplice schermatura geometrica, oppure come un pozzo scuro in parallelo in un modello circuitale, dicendo poco su come le cariche si muovano realmente. Con simulazioni Quokka 3, il team ha dimostrato che la maschera trasforma la regione esterna da un'area illuminata e conduttiva in una scura e resistiva. Questa «barriera resistiva» impedisce alle cariche di migrare verso il bordo, dove altrimenti si ricombinerebbero e andrebbero perse.

Gli esperimenti hanno individuato un optimum. Una maschera di 5 mm ha dato il risultato migliore, mentre maschere di 10 mm e 15 mm hanno ridotto l'efficienza perché l'area inattiva è cresciuta e ha introdotto proprie perdite elettriche. La densità di corrente di cortocircuito è aumentata inizialmente con la larghezza della maschera, mentre la tensione a circuito aperto è diminuita. Nelle celle senza passivazione del bordo, il guadagno è stato di circa 0,2 punti percentuali. Le simulazioni hanno anche mostrato che le cariche possono comunque raggiungere la zona mascherata attraverso le linee della griglia metallica, il che limita il beneficio. Il team propone di rimuovere la metallizzazione dall'area mascherata per isolare elettricamente il bordo, e il suo modello prevede guadagni nel fill factor e nella tensione a circuito aperto grazie a questo cambiamento.

Il cambiamento riguarda soprattutto chi misura le celle. I laboratori che pubblicano record di efficienza possono separare le perdite di bordo dagli altri fattori che limitano un dispositivo, e i progettisti di celle possono calcolare la larghezza della maschera che offre il guadagno maggiore, in modo da realizzare una griglia adatta a ottenerlo. Lo studio, pubblicato su Solar Energy Materials and Solar Cells, non indica una tempistica, e gli autori sono chiari sui limiti: «Vale la pena sottolineare che questa non è una tecnologia di produzione», ha detto Wang. La metallizzazione selettiva aggiunge complessità al processo, e l'area mascherata non genera energia, quindi riduce la quota dell'area totale della cella che produce elettricità.