Ecco cosa potrebbe spingere l’efficienza delle celle solari TOPCon oltre il 26%

Un nuovo studio condotto dai ricercatori dell’Università del New South Wales (Unsw) e dallo specialista cinese di celle solari Laplace suggerisce che l’ottimizzazione dei contatti tramite laser (Leco, Laser-enhanced contact optimization) potrebbe sbloccare ulteriori incrementi di efficienza nelle celle solari TOPCon industriali, potenzialmente spingendo le prestazioni oltre il 26% grazie a un miglioramento nella progettazione dei contatti.

Il processo Leco consiste nell’applicare un impulso laser ad alta intensità sulla parte frontale della cella solare, mantenendo una tensione inversa costante superiore a 10 V. Il flusso di corrente risultante, dell’ordine di diversi ampere, riduce in modo significativo la resistività di contatto tra il semiconduttore e l’elettrodo metallico.

I ricercatori hanno combinato simulazioni numeriche e modellazione di processo per comprendere meglio come Leco riduca le perdite da ricombinazione all’interfaccia tra metallo ed emettitore, considerata un ostacolo di lunga data per i dispositivi TOPCon n‑type ad alta efficienza.

“Il nostro lavoro fornisce una comprensione dettagliata e basata sulla fisica di come Leco migliori la passivazione dei contatti e riduca le perdite per ricombinazione nelle celle solari TOPCon industriali,” ha spiegato a pv magazine l’autore corrispondente Bram Hoex. “Inoltre, offre una chiara spiegazione fisica dei miglioramenti di prestazione osservati in applicazioni industriali, evidenziando come la geometria dei contatti – oltre ai materiali o alle condizioni di cottura – rappresenti una leva critica per ottimizzare le celle TOPCon di nuova generazione. Fornisce infine indicazioni pratiche su come bilanciare ricombinazione e perdite resistive attraverso un’ottimizzazione coordinata di processo e design, delineando un percorso concreto per ridurre il divario di prestazioni con le architetture più avanzate”.

Lo studio ha evidenziato che l’abbassamento della temperatura massima di cottura durante la metallizzazione gioca un ruolo chiave nella riduzione della ricombinazione. Invece di modificare il profilo di drogaggio del boro – che rimane pressoché invariato – temperature più basse portano alla formazione di contatti metallici parziali e non uniformi.

Questa formazione parziale riduce la densità di corrente effettiva di ricombinazione, poiché una porzione minore della superficie dell’emettitore è a diretto contatto con il metallo. “Il meccanismo di soppressione non è guidato dalla redistribuzione dei droganti, ma dai cambiamenti nella morfologia dei contatti”, hanno chiarito gli autori.

Sebbene i contatti parziali riducano la ricombinazione, tendono in genere ad aumentare la resistenza di contatto, penalizzando così le prestazioni complessive. Qui entra in gioco Leco: il processo laser migliora localmente i contatti debolmente formati, consentendo interfacce argento‑silicio a bassa resistenza senza richiedere alte temperature di cottura. Secondo il team di ricerca, Leco “ripara” efficacemente le aree sotto‑cotte, mantenendo al contempo i benefici della ridotta ricombinazione.

Utilizzando una cella TOPCon industriale simulata con un’efficienza di base del 25,5%, il gruppo ha dimostrato che combinando condizioni di cottura ottimizzate – per ridurre la frazione di contatto – con un drogaggio selettivo dell’emettitore – per limitare la ricombinazione intrinseca – l’efficienza può aumentare fino al 26,07%.

Un parametro chiave è il rapporto di contatto metallico parziale, ovvero la frazione della superficie dell’emettitore effettivamente in contatto fisico con l’elettrodo metallico, anziché separata da uno strato passivante. Nel dispositivo di riferimento, questo valore era di circa il 37%, ma secondo lo studio potrebbe essere ridotto fino a quasi l’1% con un processo ottimizzato, senza un incremento significativo della resistività di contatto.

Gli autori concludono che l’ottimizzazione abilitata da Leco rappresenta “una via praticabile” per estendere la vita utile della tecnologia TOPCon mainstream in un mercato fotovoltaico in rapida evoluzione, consentendole di competere con le tecnologie eterogiunzione (HJT) e back‑contact (BC).