中山大学《Nature Communications》：内置旁路二极管太阳电池结构提升光伏组件抗遮荫能力
中山大学与隆基绿能联合研发内置旁路功能太阳电池，首创反向导电通道结构，无需外置二极管即可自动抑制热斑、提升遮荫下功率稳定性。成果发表于《Nature Communications》，兼具高效率与强抗遮挡能力，推动光伏组件安全可靠性升级。
核心摘要
中山大学与隆基绿能联合研发内置旁路功能太阳电池，首创反向导电通道结构，无需外置二极管即可自动抑制热斑、提升遮荫下功率稳定性。成果发表于《Nature Communications》，兼具高效率与强抗遮挡能力，推动光伏组件安全可靠性升级。
局部遮荫是光伏组件在户外应用中普遍存在的现象，例如灰尘、落叶、积雪或建筑物遮挡等都可能导致太阳电池局部受光不足。这种情况会引起电池电流失配，不仅造成明显的功率损失，还可能产生严重的热斑效应，影响光伏组件的稳定运行和使用寿命。因此，如何在保证高效率的同时提高光伏组件的抗遮挡能力，一直是光伏领域的重要研究课题。
针对这一问题，本工作提出了一种具有内置旁路功能的太阳电池结构设计策略。研究人员从传统旁路二极管的工作原理出发，在电池内部构建空间均匀分布的反向导电通道（reverse conduction channels），使电池在反向偏压条件下能够自动形成电流旁路通道，从而实现类似旁路二极管的功能。
图1 用于抗遮荫光伏组件的高效太阳电池结构设计
研究结果表明，该内置导电通道具有明显的偏压依赖开关行为：在正常工作条件下不会明显影响太阳电池的光电转换效率，而在局部遮挡导致反向偏置时则能够迅速导通，形成有效的旁路路径。这一设计不仅避免了传统外置旁路二极管带来的额外成本和复杂封装问题，还能提升光伏组件在局部遮荫条件下的功率输出稳定性和热管理性能。
图2 该结构太阳电池工作原理
在器件和组件层面的实验验证中，由该结构电池组装的光伏组件在部分遮挡条件下表现出更稳定的输出功率，并有效抑制了局部热斑问题，展示出运行安全性与可靠性。相关机理研究进一步阐明了反向导电通道的形成机制及其调控策略，为新型钝化接触太阳电池的结构设计提供参考。
图3 光伏组件性能对比
上述成果以 “In-cell bypass diodes for high-efficiency and shading-tolerant back contact silicon photovoltaic modules” 为题发表于Nature Communications期刊。中山大学材料学院博士后唐旱波和隆基绿能李云朋博士为论文共同第一作者，中山大学材料学院高平奇教授、林豪副教授和隆基绿能徐希翔博士为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目(62034009)、国家重点研发计划(2024YFB4204901)和陕西秦创原项目(2025QCY-KXJ-189)的支持。
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文章来源：材料科学与工程
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