Китайская компания LONGi установила новый мировой рекорд эффективности для классических однопереходных солнечных элементов из кремния. Созданная инженерами ячейка преобразовала в электричество 28,29% поступающей солнечной энергии. Результат прошёл независимую проверку в немецком Институте исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH).

Достижение особенно интересно тем, что возможности традиционной кремниевой технологии практически исчерпаны. По оценке LONGi, новый элемент реализует около 96,2% своего теоретически возможного КПД. Поэтому дальнейший рост будет даваться значительно сложнее: инженерам предстоит бороться буквально за десятые и сотые доли процента, сокращая мельчайшие электрические и оптические потери.

Контакты перенесли на обратную сторону

Рекордная солнечная ячейка построена с использованием архитектуры HIBC — Hybrid Interdigitated Back Contact. Одно из её важнейших отличий от традиционных конструкций — расположение электрических контактов на тыльной стороне элемента.

В классических солнечных ячейках металлические проводники частично перекрывают лицевую поверхность. Хотя площадь такого затенения относительно невелика, часть солнечного света всё равно теряется и не участвует в выработке электроэнергии.

В HIBC оба типа электрических контактов размещаются с обратной стороны кремниевой пластины. Благодаря этому практически вся лицевая поверхность может использоваться для поглощения света.

Такой подход одновременно позволяет сократить некоторые электрические потери и уменьшить рекомбинацию носителей заряда.

Что представляет собой рекордная ячейка

Основой разработки стала высокоомная кремниевая пластина формата M10 размером 182 × 182 мм. Для неё инженеры оптимизировали n-переходы и применили технологию пассивации краёв.

Для более эффективного переноса электрического заряда используется слой оксида индия-олова (ITO).

Дополнительную роль играют многослойные покрытия из оксида алюминия (AlOx) и нитрида кремния (SiNx). Они помогают уменьшить поверхностную рекомбинацию — процесс, при котором часть потенциально полезных носителей заряда теряется ещё до того, как их энергию удаётся преобразовать в электрический ток.

Инженеры также снизили концентрацию фосфора в поликристаллическом кремниевом слое n-типа. Такое решение ограничивает проникновение примесей глубже в кремниевую структуру и позволяет лучше контролировать характеристики элемента.

Глубокие канавки помогают избежать утечек

Ещё одной особенностью HIBC стали специальные канавки для металлических контактов.

Они позволяют лучше изолировать области n- и p-типа друг от друга и тем самым уменьшить вероятность возникновения нежелательных электрических утечек.

На столь высоком уровне эффективности даже относительно небольшие потери становятся серьёзной проблемой. Поэтому конструкция современного солнечного элемента требует чрезвычайно точного контроля структуры практически на каждом этапе производства.

Для улучшения контактов применили лазер

Отдельной задачей для инженеров стало снижение электрического сопротивления контактов без ухудшения пассивирующих свойств поверхности.

Для её решения LONGi применила лазерную обработку.

Аморфный кремниевый слой частично кристаллизуется при помощи импульсного зелёного наносекундного лазера. Локальное изменение структуры материала позволяет улучшить электрический контакт и сократить сопротивление.

При этом обработка проводится таким образом, чтобы сохранить необходимые свойства пассивации.

Подобные технологические нюансы становятся особенно важными сейчас, когда кремниевые солнечные элементы уже находятся совсем рядом с пределом своих возможностей.

Каждый следующий процент получить всё сложнее

Рекорд 28,29% не возник внезапно. В течение 2026 года LONGi несколько раз последовательно улучшала собственные результаты.

Сначала эффективность удалось поднять до 28,04%, затем показатель увеличился до 28,13%, после чего инженеры достигли нынешних 28,29%.

На первый взгляд прирост кажется небольшим. Однако в современной солнечной энергетике такие доли процента имеют большое значение, особенно когда технология приблизилась к фундаментальным ограничениям используемого материала.

Чем ближе солнечная ячейка подходит к теоретическому максимуму, тем меньше остаётся очевидных способов увеличить её КПД.

HIBC планируют вывести за пределы лаборатории

Важный момент заключается в том, что LONGi рассматривает HIBC не исключительно как экспериментальную технологию для установления лабораторных рекордов.

По заявлению компании, архитектуру можно адаптировать для промышленного выпуска гетеропереходных солнечных элементов.

Это принципиально важно. Лабораторный рекорд сам по себе ещё не означает, что аналогичную эффективность удастся быстро получить в недорогих массовых панелях. При серийном производстве необходимо учитывать стоимость материалов, скорость изготовления, стабильность характеристик и множество других факторов.

Одной из следующих задач станет дальнейшее уменьшение омических потерь. Особенно это касается области p-перехода, где инженеры всё ещё видят возможности для оптимизации.

Кремний практически достиг своего потолка

Нынешнее достижение хорошо показывает, насколько зрелой стала технология кремниевых солнечных элементов.

По расчётам LONGi, результат в 28,29% соответствует примерно 96,2% теоретического предела эффективности для применяемой конструкции.

Иными словами, огромная часть потенциальных возможностей кремния уже реализована.

Это не означает, что развитие кремниевых панелей остановится. Производители продолжат совершенствовать пассивацию, контакты, структуру поверхности, способы улавливания света и технологию производства. Однако получить существенный скачок эффективности в рамках обычной однопереходной кремниевой ячейки становится всё труднее.

Следующий большой шаг — тандемные элементы

Одним из наиболее перспективных способов преодолеть ограничения кремния считаются тандемные солнечные элементы.

Вместо одного материала в них используются несколько светопоглощающих слоёв, рассчитанных на разные участки солнечного спектра. Благодаря этому энергия света может использоваться эффективнее, чем в традиционной однопереходной конструкции.

LONGi активно экспериментирует и в этом направлении. Компания уже демонстрировала тандемные элементы на основе кремния и перовскита с эффективностью около 34,6%.

Разница хорошо показывает потенциал новой технологии: пока обычные кремниевые элементы с огромным трудом прибавляют очередные доли процента, тандемные конструкции способны поднять планку значительно выше.

Тем не менее кремний ещё явно не сказал последнего слова. Новый рекорд LONGi показывает, насколько далеко удалось продвинуть технологию за десятилетия её развития: современные кремниевые солнечные элементы подошли практически вплотную к границе своих физических возможностей.