Nowoczesne panele słoneczne tracą moc przez promienie UV. Naukowcy odkryli słabość technologii TOPCon
W nieustannym dążeniu do coraz wyższej wydajności paneli fotowoltaicznych, technologia TOPCon stała się jednym z wiodących rozwiązań na rynku. Jednak jak pokazuje najnowsze badanie naukowe, ta obiecująca technologia ma swoją piętę achillesową.
Tą słabością jest nieoczekiwana podatność na degradację pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Choć niektóre media przedstawiają to jako „ukrywaną przez producentów prawdę”, w rzeczywistości jest to przykład procesu naukowego, który pomaga udoskonalać technologię i zrozumieć jej ograniczenia. Szerzenie spisków na tej podstawie, co robią niektóre media, to tylko dolewanie oliwy do dezinformacyjnego ognia. Wróćmy jednak do paneli.
Niewidzialny wróg – nieproporcjonalny wpływ UV-B
Badacze z renomowanego australijskiego uniwersytetu UNSW odkryli, że za nieoczekiwaną degradację ogniw TOPCon odpowiada głównie mało znana składowa promieniowania UV – ultrafiolet B (UV-B). Choć stanowi on zaledwie 1,5% całego promieniowania UV docierającego do Ziemi, jego niszczycielski wpływ jest nieproporcjonalnie duży. Testy laboratoryjne wykazały, że niewielka dawka UV-B powoduje znacznie większy wzrost degradacji niż dawka promieniowania UV-A (stanowiącego 98,5% widma UV), która musiałaby być prawie 70 razy większa, by osiągnąć podobny efekt.
Mechanizm tego zjawiska leży w wysokiej energii fotonów UV-B. Są one w stanie skutecznie zrywać delikatne wiązania krzemowo-wodorowe (Si-H) w strukturze ogniwa, co prowadzi do zwiększonej rekombinacji nośników ładunku i w konsekwencji – do spadku wydajności panelu.
Asymetria w budowie i realne konsekwencje
Co ciekawe, naukowcy odkryli, że to asymetryczna budowa ogniw TOPCon jest przyczyną problemu. Ustalili, że ich przednia powierzchnia jest nieoczekiwanie podatna na degradację pod wpływem UV-B, podczas gdy tylna pozostaje odporna. Okazało się, że kluczowe znaczenie ma grubość ochronnej warstwy domieszkowanego polikrzemu; dopiero warstwa o grubości około 150 nm stanowi skuteczną barierę.
Problem nie jest jedynie teoretyczny. Potwierdzają go dane z testów polowych, publikowane przez niezależną firmę badawczą Kiwa PVEL. W raporcie z 2024 roku odnotowano, że aż 40% testowanych, komercyjnie dostępnych modułów TOPCon straciło ponad 5% mocy po ekspozycji na standardową dawkę promieniowania UV. Paradoksalnie, problem częściowo nasilają nowoczesne materiały enkapsulacyjne, które, w celu maksymalizacji wydajności, są coraz bardziej przezroczyste dla promieni UV, wystawiając ogniwa na ich działanie.
Czym są i dlaczego panele TOPCon są tak obiecujące?
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) to jedna z najnowocześniejszych i najbardziej obiecujących technologii w produkcji ogniw słonecznych, uznawana za następcę starszej, ale wciąż popularnej technologii PERC.
Jej główną zaletą jest wyższa wydajność, czyli zdolność do przekształcania większej ilości energii słonecznej na prąd elektryczny. Dzieje się tak dzięki specjalnej budowie ogniwa. W uproszczeniu, technologia TOPCon wykorzystuje ultracienką warstwę tlenku krzemu (tzw. tlenek tunelowy) oraz dodatkową warstwę polikrzemu.
Można to porównać do bardzo selektywnej bramki (lub precyzyjnego zaworu zwrotnego). Pozwala ona elektronom, które zostały wzbudzone przez światło słoneczne, swobodnie opuścić ogniwo i popłynąć do obwodu, ale jednocześnie skutecznie blokuje im drogę powrotu. Ten proces, zwany pasywacją, znacząco ogranicza straty energii (tzw. rekombinację).
Dzięki temu panele TOPCon osiągają wyższą sprawność i lepiej radzą sobie w warunkach słabszego oświetlenia w porównaniu ze starszymi technologiami, co czyni je tak atrakcyjnymi na rynku.
Wyzwanie dla branży i szansa na przyszłość
Odkrycie australijskiego zespołu nie jest jednak wyrokiem dla technologii TOPCon. Wręcz przeciwnie – daje ono producentom bezcenną wiedzę i narzędzia. Celowe wykorzystanie UV-B w testach laboratoryjnych pozwala teraz w ciągu zaledwie kilku dni zasymulować długoterminowy wpływ promieniowania, co wcześniej wymagało wielomiesięcznych badań. To szansa na szybkie testowanie nowych materiałów i znalezienie optymalnego balansu między rekordową wydajnością a wieloletnią trwałością, co ostatecznie przełoży się na lepsze i bardziej niezawodne produkty dla nas wszystkich.
