So tài hiệu suất ánh sáng yếu: TOPCon, BC
Mục lục
Câu trả lời nhanh: Hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu là yếu tố quyết định sản lượng thực tế của một mô-đun, vì phần lớn số giờ lắp đặt không đạt 1000 W/m2. Trong một so sánh giữa TOPCon, BC và các kiến trúc tương đương, sự khác biệt giữa các loại pin thể hiện dưới dạng phần trăm sản lượng ở cường độ bức xạ thấp: trong điều kiện khoảng 100 W/m2, một kiến trúc đo được khoảng 4,38% sản lượng tương đối so với 2,33% của kiến trúc khác. Khoảng cách đó nhỏ hơn chênh lệch trên bảng thông số danh định và lớn hơn vẻ ngoài của nó, vì nó áp dụng cho mọi giờ có ánh sáng yếu trong năm. Cơ chế là điện trở shunt và tái hợp ở nồng độ hạt tải thấp — một pin có nhiều tái hợp hơn sẽ mất mát theo tỷ lệ lớn hơn khi ánh sáng yếu. Đây là lý do tại sao một mô-đun thắng về công suất định mức ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn lại có thể thua về sản lượng hàng năm ở khu vực có sương mù, mây hoặc phát điện vào sáng sớm và chiều muộn.
Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech
Giới thiệu
Công suất trên bảng tên là giá trị định mức; phản hồi ánh sáng yếu là hiệu suất thực tế. Ở hầu hết các khu vực trên thế giới, cường độ bức xạ duy trì dưới 1000 W/m² trong hơn 90% thời gian. Chỉ có hai hoặc ba giờ quanh giữa trưa mặt trời mới gần đạt điều kiện STC. Bình minh, hoàng hôn, bầu trời u ám, mưa—các tế bào dành phần lớn thời gian làm việc dưới ánh sáng yếu. Hiệu suất định mức cao không đảm bảo sản lượng thực tế cao. Hôm nay chúng ta phân tích phản hồi ánh sáng yếu: ai thắng về vật lý, ai chứng minh mạnh hơn trên thực địa, và cách đánh giá chất lượng ánh sáng yếu của tế bào ngay trên dây chuyền sản xuất.
Vật lý của phản hồi ánh sáng yếu: Ai rò rỉ và tái hợp ít hơn
Từ mạch tương đương diode, nguyên nhân gốc rễ của sự sụt giảm hiệu suất dưới ánh sáng yếu rất đơn giản: dòng quang điện giảm, nhưng rò rỉ và tái hợp không giảm tương ứng, do đó tỷ lệ tương đối của chúng tăng lên.
Yếu tố quan trọng nhất: điện trở shunt Rsh
Dưới ánh sáng yếu, dòng quang điện giảm mạnh, nhưng dòng rò rỉ gần như không đổi (nó phụ thuộc vào điện áp và Rsh). Tỷ lệ dòng rò rỉ lớn hơn kéo Voc xuống, điều này kéo FF xuống, làm giảm hiệu suất.
Rsh càng cao (rò rỉ càng nhỏ), phản hồi ánh sáng yếu càng tốt. Đây là yếu tố vật lý cốt lõi.
| Loại Pin | Đặc điểm Rsh | Hiệu suất ánh sáng yếu |
|---|---|---|
| HJT | Lớp thụ động i-a-Si:H với cách điện tuyệt vời, tái hợp giao diện cực thấp | Tốt nhất |
| TOPCon | Cực dương và cực âm tách biệt ở mặt trước và mặt sau, ít vùng cách ly cạnh, đường rò rỉ có thể kiểm soát | Tốt |
| BC | Cấu trúc xen kẽ mặt sau, nhiều rãnh cách ly P⁺/N⁺, tăng nguy cơ rò rỉ cạnh | Yếu hơn |
Yếu tố thứ cấp: hệ số lý tưởng n
Hệ số lý tưởng phản ánh cơ chế tái hợp: n=1 cho dòng khuếch tán lý tưởng, n=2 khi tái hợp vùng nghèo chiếm ưu thế. n càng lớn, tổn thất tái hợp dưới ánh sáng yếu càng nặng. Cấu trúc tiếp xúc thụ động của TOPCon cho n≈1.1-1.2, mối nối PN xen kẽ mặt sau của BC có nhiều kênh tái hợp giao diện hơn ở n≈1.2-1.4, và thụ động silicon vô định hình của HJT vượt trội ở n≈1.0-1.1.
Điện trở nối tiếp Rs ít quan trọng hơn ở đây. Tổn thất công suất qua Rs là I²R; dưới ánh sáng yếu, dòng điện nhỏ, do đó tác động tương đối của nó yếu đi.
Tại sao BC yếu hơn dưới ánh sáng yếu: Lý do cấu trúc
BC đặt cả điện cực dương và âm ở mặt sau, yêu cầu nhiều rãnh cách ly giữa các vùng P⁺ và N⁺ để đạt được cách ly điện. Những rãnh này mang lại hai vấn đề:
Nguy cơ rò rỉ cạnh: Khắc rãnh có thể làm hỏng nền silicon và tạo thành đường rò rỉ. Một bề mặt sau BC chứa hàng trăm rãnh cách ly, mỗi rãnh là một đường rò rỉ tiềm năng.
Tái hợp giao diện: Diện tích giao diện P⁺/N⁺ của cấu trúc xen kẽ mặt sau lớn hơn, thêm trung tâm tái hợp và đẩy hệ số lý tưởng n cao hơn.
Đây là thách thức cấu trúc cố hữu, không phải câu hỏi về "ai làm kém." Tối ưu hóa quy trình (kiểm soát hình thái rãnh, cải thiện lớp thụ động) có thể giúp ích, nhưng cấu trúc đặt BC vào thế bất lợi tự nhiên ở điểm này.
Lý do HJT hoạt động tốt nhất dưới ánh sáng yếu là ngược lại: lớp thụ động i-a-Si:H silicon vô định hình nội tại mang lại thụ động bề mặt xuất sắc, mật độ trạng thái giao diện thấp, Rsh cao nhất và hệ số lý tưởng nhỏ nhất.
Bằng chứng thực địa: TOPCon vượt BC về sản lượng mỗi watt dưới ánh sáng yếu
Dữ liệu thực địa từ một số viện thử nghiệm chỉ ra một hướng nhất quán:
| Viện thử nghiệm | Địa điểm | Kịch bản | Lợi thế ánh sáng yếu TOPCon so với BC |
|---|---|---|---|
| CPVT | Ngân Xuyên, Ninh Hạ | Giai đoạn ánh sáng yếu buổi sáng/tối | U ám +3.89%, nắng +2.33% |
| CPVT | Ngân Xuyên, Ninh Hạ | Bức xạ cực thấp (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | Kagoshima, Nhật Bản | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | Thành Đô | 90% ngày u ám/mưa | +2.37%, đỉnh buổi sáng/tối +7.18% |
| CGC | Hải Nam | 127 ngày bao gồm 76 ngày mưa | +7.83% |
| State Grid | Trương Bắc | 200 W/m² | +2.6% |
Dưới điều kiện ánh sáng yếu, sản lượng mỗi watt của TOPCon vượt BC, và bức xạ càng thấp, khoảng cách càng rộng.
Nhưng sự biến đổi trong cùng một tuyến công nghệ cũng lớn. Thử nghiệm so sánh đa nhà cung cấp của Phòng thí nghiệm Đánh giá Carbon Search cho thấy sản phẩm BC mất 2.78% đến 6.57% ở bức xạ thấp 200 W/m², trong khi TOPCon dao động từ 2.14% đến 4.72%. Khoảng cách giữa "sản phẩm tốt nhất" của ba công nghệ nhỏ hơn khoảng cách giữa "sản phẩm tốt so với sản phẩm kém" trong cùng một tuyến.
Điểm mấu chốt sản xuất: khi lựa chọn, trình độ quy trình của nhà sản xuất quan trọng như việc chọn tuyến công nghệ.
Đừng nhầm lẫn hệ số nhiệt độ với phản hồi ánh sáng yếu
Hệ số nhiệt độ và phản hồi ánh sáng yếu là hai tham số độc lập, nhưng chúng dễ bị nhầm lẫn.
| Thông số | Kịch bản liên quan | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Hệ số nhiệt độ | Kịch bản nhiệt độ cao (mô-đun >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Phản hồi ánh sáng yếu | Kịch bản bức xạ thấp (<400 W/m²) | Tốt nhất | Tốt | Yếu hơn |
Vào một ngày hè nóng bức, trời âm u, nhiệt độ cao và ánh sáng yếu cộng hưởng với nhau, và HJT dẫn đầu ở cả hai yếu tố, làm gia tăng lợi thế của nó. Vào một ngày đông lạnh giá, trời âm u, nhiệt độ thấp làm giảm ảnh hưởng của hệ số nhiệt độ, và khả năng đáp ứng ánh sáng yếu trở thành yếu tố dẫn đầu. Đừng dùng hệ số nhiệt độ để giải thích hiệu suất ánh sáng yếu, và cũng đừng suy ra hệ số nhiệt độ từ hiệu suất ánh sáng yếu—chúng là hai đại lượng vật lý riêng biệt.
Tối ưu hóa ánh sáng yếu và khả năng chống UVID cũng không nhất thiết loại trừ lẫn nhau về mặt vật lý. Ánh sáng yếu phụ thuộc vào các cơ chế tổn thất điện (Rsh, n), trong khi UVID phụ thuộc vào độ ổn định của vật liệu (liên kết hóa học của lớp thụ động, chất đóng gói màng). Hai yếu tố này có thể được cải thiện riêng biệt thông qua tối ưu hóa độc lập.
Cách đánh giá chất lượng ánh sáng yếu của pin trên dây chuyền sản xuất
Chỉ số trực tiếp nhất: điện trở shunt Rsh.
Trong thử nghiệm I-V, Rsh của pin càng cao thì càng có khả năng hoạt động tốt dưới ánh sáng yếu. Nếu một lô cho thấy phân bố Rsh rộng với tỷ lệ pin có Rsh thấp cao, sản lượng dưới ánh sáng yếu chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng.
Lưu ý đặc biệt cho dây chuyền BC: các pin có điểm sáng bất thường ở vùng rãnh cách ly trên ảnh EL có khả năng có Rsh thấp. Điều này tương ứng với "rò rỉ cạnh rãnh" đã đề cập trước đó—một vấn đề mà cấu trúc này dễ mắc phải.
Dây chuyền TOPCon: Rsh trên 1000 Ω·cm² thường là bình thường; dưới 500 cần điều tra cách ly cạnh hoặc lỗ kim trong lớp thụ động. Các pin có hành vi ánh sáng yếu xuất sắc thường cho thấy Rsh trên 3000.
Dây chuyền HJT: Rsh vốn cao, và trên 5000 là phổ biến. Nhưng Rsh thấp trên pin HJT thường có nghĩa là có vấn đề ở giao diện TCO và a-Si:H.
Tóm tắt
Sổ cái vật lý của khả năng đáp ứng ánh sáng yếu: HJT tốt nhất, TOPCon tốt, BC đối mặt với thách thức cấu trúc. Sổ cái thực địa: dưới ánh sáng yếu, sản lượng trên mỗi watt của TOPCon thực sự vượt qua BC, và cường độ bức xạ càng thấp, khoảng cách càng lớn. Nhưng đừng chỉ đánh giá dựa trên tuyến công nghệ—khoảng cách giữa sản phẩm tốt và kém trên cùng một tuyến còn lớn hơn khoảng cách giữa các tuyến.
Nguồn dữ liệu: Thử nghiệm thực địa CPVT Yinchuan (2025), thử nghiệm thực địa TÜV Nord Kagoshima, thử nghiệm thực địa TÜV Rheinland Thành Đô, thử nghiệm thực địa CGC Hải Nam, thử nghiệm thực địa State Grid Trương Bắc, thử nghiệm so sánh đa nhà cung cấp của Phòng đánh giá Carbon Search (2025).
Quan điểm của Ooitech: Sản lượng thực tế dưới ánh sáng yếu, không phải hiệu suất trên bảng tên, mới là thước đo thực sự của một pin mặt trời, và điện trở shunt là yếu tố duy nhất quyết định điều đó nhiều nhất.
