طور باحثون من جامعة سوتشو وشركة جينكو سولار المحدودة في تشجيانغ ومؤسسات تعاونية، هيكلاً جديداً للخلايا الشمسية ثنائية الوجه، يهدف إلى معالجة قيود الكفاءة في خلايا TOPCon الشمسية وتعزيز تطور تكنولوجيا الخلايا الشمسية المكدسة. يجمع هذا التصميم بين هيكل اتصال التخميل بأكسيد النفق (TOPCon) ومواد البيروفسكايت، لتشكيل هجين يهدف إلى تقليل فقدان الطاقة وتعزيز الأداء.

صرح البروفيسوران غاو كون ويانغ شينبو: "ينبع عملنا من قيد أساسي في خلايا TOPCon الشمسية الحالية. في أجهزة TOPCon الصناعية، لا يزال الجانب الأمامي يستخدم باعث p+ مشبع بالبورون، مما يسبب خسائر كبيرة في إعادة التركيب ويحد من تحسين الكفاءة. الاستراتيجية الطبيعية هي استبدال هذا الباشع باتصال TOPCon موضعي." وأشارا إلى أن تصميم TOPCon التقليدي يتطلب طبقة سميكة من السيليكون متعدد البلورات للحفاظ على الاتصال الكهربائي، لكن هذا يزيد من امتصاص الضوء ويقلل الأداء.

للتغلب على هذا القيد، أعاد الفريق تصميم اتصالات العزل في الجانبين الأمامي والخلفي، باستخدام اتصال TOPCon من النوع n مُنمط يقع فقط تحت الأصابع المعدنية، مكوناً هيكلاً "شبيهًا بالأصابع" لتقليل امتصاص الضوء مع الحفاظ على الأداء الكهربائي. كما قاموا بتحسين جودة طبقة اتصال TOPCon من خلال تنعيم سطح السيليكون وعملية ترسيب بدرجة حرارة متدرجة.

أظهرت الاختبارات أن نموذج TOPCon بالحجم الصناعي حقق كفاءة معتمدة بلغت 26.34%، بينما شهدت زيادة ملحوظة في الكفاءة عند دمجه في تكوين مكدس بيروفسكايت/TOPCon. قال غاو كون: "المهم أن منصة TOPCon نفسها استخدمت كذلك كخلية قاعدية في مكدس بيروفسكايت/TOPCon أحادي القطعة، محققةً كفاءة معتمدة تبلغ 32.73%. وهذا يثبت توافق تصميمنا القوي مع تكنولوجيا المكدس من الجيل التالي."

يعمل الباحثون حالياً على تحسين أداء الاتصال الأمامي المُنمط والاتصال الخلفي. ستركز الأبحاث المستقبلية على تحسين استقرار الأجهزة المكدسة وتقليل الخسائر البصرية في الخلية القاعدية من السيليكون. وخلصوا قائلين: "في النهاية، هدفنا هو تطوير هيكل أجهزة قائم على TOPCon يحقق كفاءة عالية وموثوقية طويلة الأمد على النطاق الصناعي." توفر هذه الدراسة مساراً محتملاً للجيل التالي من الخلايا الشمسية، حيث تجمع بين الكفاءة العالية والتوافق مع التصنيع الصناعي، مما قد يعزز تقدم تكنولوجيا الطاقة الشمسية ونشر الطاقة المتجددة.