Jak vylepšení křemíkových waferů posouvají solární technologie kupředu

Pokroky v technologii křemíkových waferů mají přímý dopad na účinnost, ekonomickou efektivitu a škálovatelnost fotovoltaických (PV) systémů, a jsou proto klíčové pro celý solární průmysl. Výrazného zlepšení výkonu solárních článků bylo dosaženo například zvětšováním rozměrů waferů. Větší wafery umožňují výrobu výkonnějších článků, což snižuje celkové náklady na jeden watt a zvyšuje konkurenceschopnost solární energie. Inovace ve výrobních procesech, včetně vývoje tenčích a pružnějších waferů, navíc přispívají k úsporám materiálu a otevírají nové možnosti využití solární technologie. Tyto technologické posuny jsou zásadní pro uspokojení rostoucí globální poptávky po obnovitelných zdrojích energie a pro dosažení cílů udržitelnosti.

Vývoj v oblasti waferové technologie však nespočívá pouze ve ztenčování samotných waferů. Ačkoli použití tenčích waferů ve fotovoltaickém průmyslu přináší úsporu materiálu a potenciálně nižší náklady, současně s sebou nese i řadu zásadních výzev, které mohou jejich širšímu nasazení bránit. Hlavním problémem je vyšší křehkost tenčích waferů, která zvyšuje riziko poškození během výroby, přepravy a instalace. To vede k vyšším výrobním nákladům kvůli větší chybovosti a zároveň omezuje škálovatelnost. Kromě toho mají tenčí wafery nižší mechanickou pevnost, což může ohrozit jejich dlouhodobou odolnost vůči vnějším vlivům, například zatížení větrem nebo sněhem.

V roce 2024 společnost LONGi představila wafer a související technologii, které se staly základem produktové řady Hi-MO X6 Max a zcela nové série Hi-MO X10 – technologie TaiRay Inside a wafer TaiRay byly na světě. Na rozdíl od mnoha konkurentů na trhu se však LONGi nezaměřila na snižování tloušťky. Místo toho se firma rozhodla navázat na objev polského chemika Jana Czochralského z roku 1915. Ten omylem ponořil pero do roztaveného cínu místo do inkoustu a objevil proces vytahování monokrystalů. Později tuto techniku rozvinul a použil ji k měření rychlosti krystalizace různých kovů. Tak se zrodila tzv. Czochralského metoda, která se stala základem moderní technologie Recharge Czochralski (RCZ) – pokročilého procesu vytahování ingotů. LONGi nyní tento proces dále vylepšila tak, aby výsledné wafery byly stabilnější, odolnější, čistší a tím pádem i výkonnější.

Nové křemíkové wafery TaiRay M11 pro technologie TOPCon, HJT a back contact

Nové křemíkové wafery TaiRay jsou vhodné pro aktuálně dominantní solární technologie, jako jsou články TOPCon, heteropřechodové (HJT) a back contact (BC). Přinášejí nárůst účinnosti přibližně o 0,1 % u zmíněných technologií. Wafery jsou výsledkem tří let intenzivního výzkumu a vývoje, na kterém pracoval tým výzkumníků společnosti LONGi čítající několik stovek odborníků. LONGi tak dosáhla průlomu v oblasti křemíkových waferů, kde v uplynulé dekádě nedošlo k žádným zásadním inovacím.

Tři klíčové výhody křemíkových waferů TaiRay:

• Vysoká kompatibilita s různými technologiemi (TOPCon, heteropřechodové, back contact)
• Rovnoměrnější rozložení rezistance
• Efektivní odstraňování nečistot

Tloušťka waferů TaiRay používaných v evoluční technologii back contact HPBC 2.0 činí 140 μm, zatímco průměrná tloušťka křemíkových waferů typu n používaných v článcích TOPCon je aktuálně 130 μm.

Wafery TaiRay nabízejí o 16 % vyšší pevnost v ohybu.

Kromě technologických výhod vykazují wafery TaiRay také vylepšené mechanické vlastnosti. Testovaná pevnost v ohybu u křemíkových waferů LONGi TaiRay je o 16 % vyšší než u běžných waferů, což zajišťuje vyšší odolnost proti prasknutí i při výrobě tenčích waferů s nižším rizikem poškození článků během výroby.

Monokrystalické křemíkové wafery byly vždy vlajkovým produktem společnosti LONGi, která devět let po sobě dosahuje nejvyššího objemu dodávek na světě. V posledních letech prošel waferový segment vývojem směrem k monokrystalickým, velkoformátovým a tenkým waferům a LONGi významně přispěla ke každému z těchto technologických posunů.

Křemíkové ingoty vykazují lepší a rovnoměrné rozložení elektrického odporu

Nové wafery TaiRay a jejich výhody jsou výsledkem vylepšeného procesu Recharge Czochralski (RCz), který se používá při výrobě monokrystalických křemíkových ingotů.

Čím delší jsou běžné křemíkové ingoty, tím větší bývá rozdíl v elektrickém odporu podél jejich délky. Díky zdokonalenému RCz procesu dosahují wafery LONGi TaiRay rovnoměrnějšího axiálního rozložení odporu, aniž by bylo nutné zkracovat délku ingotu. Při stejné délce ingotu se poměr odporu mezi jeho konci snižuje na polovinu, což vede k vyšší účinnosti solárních článků.

Kromě toho lze z křemíkových waferů TaiRay snadněji odstranit kovové nečistoty. Ve srovnání s běžnými produkty tak existuje větší prostor pro zvýšení účinnosti. Čím více kontaminantů se podaří odstranit, tím vyšší je potenciál pro zlepšení účinnosti článků.

Zlepšování křemíkových waferů je nezbytné pro další rozvoj solárních článků

Solární průmysl dosáhl za poslední dekádu významných průlomů jak z hlediska technologie, tak i nákladovosti. Výsledkem je, že solární výroba elektřiny se stala nejrychleji rostoucím obnovitelným zdrojem energie na světě. V roce 2023 vstoupila globální solární energetika do tzv. „terawattové éry“. Zakladatel a prezident společnosti LONGi, Zhenguo Li, uvedl, že rychlý rozvoj fotovoltaického odvětví je především důsledkem neustálého snižování nákladů na výrobu elektřiny. Snižování nákladů a zvyšování účinnosti výroby energie jsou trvalými hybnými silami tohoto odvětví.

Zrychlený rozvoj fotovoltaiky zároveň urychlil vývoj křemíkových waferů, které jsou klíčové pro zvyšování účinnosti solárních článků. Kvalita křemíkového waferu přímo ovlivňuje konverzní účinnost článku. V posledních letech však tempo zvyšování výkonnosti waferů zpomalilo, a to i přes neustálé zlepšování výrobních technologií. Homogenizace waferových produktů se stává stále zřetelnější.