Zwei Artikel in "Nature" in drei Tagen: Die Forschungsergebnisse von LONGi's HIBC und flexiblen Siliziumbasierten Tandem-Batterien wurden nacheinander in internationalen Spitzenzeitschriften veröffentlicht.
In letzter Zeit wurden zwei bahnbrechende Forschungsergebnisse von LONGi Green Energy nacheinander in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht, was die neuesten Fortschritte des Unternehmens auf dem Gebiet der Spitzentechnologie konzentriert zeigt.
Am 10. November 2025 veröffentlichte „Nature“ online die wichtigen Fortschritte der Forschungsgruppe von LONGi Green Energy in Zusammenarbeit mit der Soochow-Universität und der Xi'an Jiaotong-Universität in der Richtung der Silizium-basierten Tandem-Batterien. Die Effizienz der kleinen Flächen-Vorrichtung der von der Gruppe entwickelten ultradünnen Silizium-Perowskit-Tandem-Batterie wurde von dem US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory (NREL) mit 33,4 % zertifiziert, und die Effizienz der flexiblen Tandem-Batterie auf kommerzieller Siliziumscheibengröße wurde vom Deutschen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) mit 29,8 % zertifiziert. Laut Angaben ist dies der weltweit erste und einzige Weltrekord der Effizienz von flexiblen Silizium-Perowskit-Tandem-Batterien, der von einer internationalen renommierten Institution zertifiziert wurde. Dieser bahnbrechende Fortschritt legt eine solide Grundlage für die kommerzielle Entwicklung von flexiblen Silizium-basierten Tandem-Batterien in leichten/flexiblen Hochleistungs-Photovoltaikanwendungen wie Raumfahrt- und Fahrzeug-Photovoltaik.
Am 13. November 2025 veröffentlichte „Nature“ online die Forschungsergebnisse der von LONGi Green Energy in Zusammenarbeit mit der Sun Yat-sen-Universität und der Lanzhou-Universität entwickelten amorph-polykristallinen Hybrid-Rückkontaktstruktur (HIBC)-Batterie. Zuvor hatte LONGi Green Energy am 11. April 2025 bekannt gegeben, dass seine HIBC-Batterie den Weltrekord der Effizienz von einkristallinen Silizium-Batterien mit 27,81 % verbessert habe. Auf der von LONGi fokussiert entwickelten Plattformtechnologie für BC-Batterien vereint die HIBC-Batterie die Vorteile der Hochtemperatur-Polykristall- und Niedertemperatur-Amorph-Silizium-Batterietechnologie und ist die Synthese der Silizium-basierten Solarbatterietechnologie. Da das Herstellungsverfahren die Merkmale von Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Batterieprozessen kompatibel sein muss, ist die Entwicklung schwieriger als je zuvor. Die Gruppe erreichte auf dem von LONGi selbst entwickelten industriellen Tai Rui-Siliziumwafer eine zertifizierte Effizienz von 27,81 % und einen Füllfaktor von 87,55 %, wobei beide Indizes neue Weltrekorde setzen. Bemerkenswerterweise ist die Hybrid-Rückkontaktstruktur eine von einer chinesischen Gruppe erstmals entwickelt und validierte neue hocheffiziente Batterietechnologie mit vollständigen eigenständigen geistigen Eigentumsrechten und einer sehr hohen technologischen Hürde. Die von der Gruppe entwickelte Laser-induzierte lokale Kristallisationstechnologie und die In-situ-Randpassivierungstechnologie haben alle den Vorteil der Kompatibilität mit bestehenden Produktionslinien, was die Hochqualitäts-Industrialisierung von massenproduzierbaren Silizium-Solarzellen mit höherer Effizienz und niedrigeren Kosten stark voranbringt. Laut neuesten Fortschritten hat die derzeitige auf der HIBC-Batterie basierende Modul eine Umwandlungseffizienz von 25,9 % und eine Ausgangsleistung von 700 W (2,7 Quadratmeter Format) erreicht.
Zuvor veröffentlichte „Nature“ im Oktober 2024 rückseitig aufeinanderfolgend (2024, 635, S. 596–603 und S. 604–609) zwei Forschungsergebnisse der Gruppe, nämlich die Rekord-HBC- und die Silizium-basierte Tandem-Batterie. Diesmal veröffentlichte die Zeitschrift „Nature“ erneut nacheinander zwei bahnbrechende Forschungsergebnisse des Unternehmens, was die Entschlossenheit und Stärke von LONGi Green Energy zeigt, die Branchenentwicklung durch technologische Innovation zu leiten und der ineffizienten Konkurrenz entgegenzuwirken.
Forschungsergebnis 1: Die Umwandlungseffizienz von Silizium-Hybrid-Rückkontakt-Solarzellen überschreitet 27,81 %
Bei Rückkontakt-Solarzellen werden die N-Typ- und P-Typ-Kontaktbereiche sowie die Elektroden vollständig auf der Rückseite der Zelle platziert, wodurch die Abschattungsverluste auf der Vorderseite minimiert werden. Dies ist die unvermeidliche Wahl für die kontinuierliche Verbesserung der Umwandlungseffizienz von Silizium-Photovoltaikanlagen. Allerdings werden die Potenziale dieser hocheffizienten Batteriestruktur stark eingeschränkt, da es schwierig ist, die Passivierungseigenschaften und den Kontaktwiderstand des P-Typ-Kontaktbereichs gleichzeitig zu erfüllen, die longitudinale Ladungsträgerübertragung und der transversale Leckstrom schwierig gleichzeitig zu berücksichtigen sind und es zu Rekombination und Leckstrom im Randbereich kommt.
Um diese drei Probleme zu lösen, hat die Gruppe innovativ eine amorph-polykristalline Hybrid-Rückkontaktstruktur (HIBC) für Solarzellen entwickelt, die Laser-induzierte Kristallisation und In-situ-Randpassivierung kombiniert.
Es gibt drei Hauptinnovationen:
(1) In den P-Typ-Bereichen wird ein Niedertemperaturprozess für den amorphen Siliziumkontakt verwendet, während in den N-Typ-Bereichen ein Hochtemperaturprozess für den polykristallinen Siliziumkontakt eingesetzt wird, um jeweils ausgezeichnete P-Typ- und N-Typ-Passivierungskontakte zu bilden;
(2) Um das Problem der schlechten elektrischen Leitfähigkeit in vertikaler Richtung der P-Typ-amorphen Siliziumkontaktschicht zu lösen, wurde eine Laser-induzierte lokale Kristallisationstechnologie entwickelt, die nur den sub-mikrometergroßen Bereich der Pyramidenspitzen in nanokristallines Silizium umwandelt, wodurch der Kontaktwiderstand in vertikaler Richtung erheblich verringert wird, während die ursprüngliche amorphe Siliziumschicht in anderen Bereichen die geringe transversale Leckstromleistung in den Polaritätsüberlappungsbereichen beibehält;
(3) Es wurde eine In-situ-Randpassivierungstechnologie entwickelt, die während des Herstellungsprozesses der Zelle automatisch eine feste Passivierungsschicht auf die empfindlichen Schnittkanten aufbringt, um die Ladungsträgerrekombination im Randbereich effektiv zu unterdrücken. Basierend auf den ausgezeichneten Passivierungseigenschaften und elektrischen Leistungseigenschaften der Vorrichtung hat das Forschungsunternehmen ein neues physikalisches Modell entwickelt, das den Idealitätsfaktor der Diode mit dem Ladungsträgerverlustmechanismus verknüpft. Dieses Modell beschreibt quantitativ den Einfluss verschiedener Rekombinationsmechanismen auf den Idealitätsfaktor und erklärt das Prinzip, wie Volumenrekombination und Oberflächenrekombination den Füllfaktor begrenzen, was klare theoretische Anleitungen für das Design von Hochleistungsbatterien bietet.
Forschungsergebnis 2: Leichte, flexible Perowskit-Silizium-Tandem-Vorrichtung in voller Siliziumscheibengröße
Die Perowskit/Silizium-Tandem-Batterietechnologie erhöht die theoretische Effizienz erheblich, indem sie die Vorteile der beiden Halbleitermaterialien kombiniert. Sie ist allgemein als die nächste Generation von revolutionärer Photovoltaiktechnologie anerkannt. Die herkömmliche Ansicht war, dass einkristallines Silizium ein starres und sprödes Material ist. Tatsächlich hat die Atomstruktur von Silizium jedoch eine gewisse elastische Verformungsfähigkeit. Wenn die Dicke des Siliziumwafers auf einige zehn Mikrometer reduziert wird (die Dicke herkömmlicher Siliziumwafer beträgt normalerweise etwa 120 - 200 Mikrometer), bleibt die Oberflächenspannung des Siliziumwafers unterhalb seiner intrinsischen Bruchschwelle, selbst wenn der Biegeradius kleiner als 2 Zentimeter ist, und es entstehen keine Risse. Daher kann der ultradünne Siliziumwafer die Verformungsanforderungen von leichten und flexiblen Vorrichtungen erfüllen. Allerdings neigt die Perowskit-Funktionsschicht bei wiederholtem Biegen und Temperaturänderungen dazu, an der Grenzfläche zu delaminieren und auszufallen, was ihre Lebensdauer stark verkürzt.
Um dieses Problem zu lösen, hat die Gruppe eine innovativ optimierte Prozessstruktur entwickelt, die eine zweischichtige Pufferschicht aus lockerem und dichtem Material aufbaut. Die sorgfältig gestaltete lockere SnOx-Schicht kann wie eine Federmatratze die Dehnungsenergie absorbieren und dissipieren, wodurch die mechanischen Spannungen, die durch Ionenbeschuss während des Herstellungsprozesses und durch Verformung während der späteren Verwendung verursacht werden, effektiv gemildert werden. Die dichte SnOx-Schicht dagegen gewährleistet eine effiziente Grenzflächenladungsextraktion und eine stabile elektrische Verbindung.
Diese zweischichtige Struktur löst auf der Mikro- und Nanometerskala das Widerspruchsverhältnis zwischen Spannungsdämpfung und effizienter Übertragung und gewährleistet, dass die Tandem-Vorrichtung sowohl ausgezeichnete Biegeeigenschaften als auch eine hervorragende Stromerzeugungsfähigkeit aufweist. Die Gruppe hat auf einer ultradünnen Tandem-Vorrichtung aus voller Siliziumscheibe mit einer Dicke von nur 60 Mikrometern eine Leistungsumwandlungseffizienz von fast 30 % erreicht. Die ultradünne Tandem-Vorrichtung kann gefaltet werden, hat einen Biegeradius von 1,5 Zentimeter, wiegt weniger als 4,4 Gramm und hat eine spezifische Leistung von 1,77 W/g. In der Laborumgebung auf kleiner Fläche hat die Gruppe gleichzeitig einen Weltrekord der Umwandlungseffizienz von 33,4 % erreicht, der von einer internationalen renommierten Institution zertifiziert wurde. Die Forschungsarbeiten zeigen die Überlegenheit dieser Tandem-Batteriestruktur in Bezug auf Effizienz und Biegeermüdungsbeständigkeit sowie ihr zukünftiges Anwendungspotenzial.