So sánh hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu: TOPCon, BC và HJT dựa trên dữ liệu thực tế
Mục lục
Giới thiệu
Công suất danh định là giá trị định mức; phản ứng ánh sáng yếu là hiệu suất thực tế. Ở hầu hết các khu vực trên thế giới, bức xạ duy trì dưới 1000 W/m² trong hơn 90% thời gian. Chỉ hai hoặc ba giờ xung quanh giữa trưa nắng mới gần đạt điều kiện STC. Bình minh, hoàng hôn, trời u ám, mưa—các tế bào dành phần lớn thời gian hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu. Hiệu suất định mức cao không đảm bảo sản lượng thực tế cao. Hôm nay chúng ta phân tích phản ứng ánh sáng yếu: ai thắng về mặt vật lý, ai 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 ứng 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 sinh ra co lại, nhưng dòng rò và tái hợp không co lại tương ứng, vì vậy tỷ trọng 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 gần như không đổi (nó phụ thuộc vào điện áp và Rsh). Một phần lớn hơn của dòng rò kéo Voc xuống, kéo FF xuống, và làm giảm hiệu suất.
Rsh càng cao (dòng rò càng nhỏ), phản ứng ánh sáng yếu càng tốt. Đây là yếu tố vật lý cốt lõi.
| Loại cell | Đặc điểm Rsh | Hiệu suất ánh sáng yếu |
|---|---|---|
| HJT | Lớp thụ động i-a-Si:H với cách điện tuyệt vời, tái hợp bề mặt cực thấp | Tốt nhất |
| TOPCon | Cực dương và cực âm phân chia giữa mặt trước và mặt sau, ít vùng cách ly cạnh, đường rò có thể kiểm soát | Tốt |
| BC | Cấu trúc xen kẽ phía sau, nhiều rãnh cách ly P⁺/N⁺, tăng nguy cơ rò rỉ cạnh | Yếu hơn |
Yếu tố phụ: 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 TOPCon cho n≈1.1-1.2, tiếp giáp PN xen kẽ phía sau BC có nhiều kênh tái hợp giao diện hơn với n≈1.2-1.4, và thụ động silic vô định hình HJT vượt trội với 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, nên tác động tương đối của nó giảm.
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. Các rãnh này gây ra hai vấn đề:
Nguy cơ rò rỉ cạnh: Khắc rãnh có thể làm hỏng đế silic và tạo đường rò rỉ. Một mặt sau BC có 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 phía sau lớn hơn, thêm các trung tâm tái hợp và đẩy hệ số lý tưởng n lên cao hơn.
Đây là thách thức cấu trúc cố hữu, không phải vấn đề "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 ở thế bất lợi tự nhiên về điểm này.
Lý do HJT hoạt động tốt nhất dưới ánh sáng yếu là ngược lại: lớp thụ động silic vô định hình nội tại i-a-Si:H mang lại khả năng 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 tế: TOPCon vượt trội BC về sản lượng trên mỗi watt dưới ánh sáng yếu
Dữ liệu thực tế từ một số viện kiểm nghiệm chỉ ra một hướng nhất quán:
| Viện kiểm nghiệm | Địa điểm | Kịch bản | Lợi thế ánh sáng yếu TOPCon so với BC |
|---|---|---|---|
| CPVT | Ngân Xuyên, Ninh Hạ | Khoảng thời gian ánh sáng yếu sáng/tối | Nhiều mây +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 nhiều mây/mưa | +2,37%, cao điểm 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% |
Trong điều kiện ánh sáng yếu, sản lượng trên mỗi watt của TOPCon vượt trội so với BC, và bức xạ càng thấp thì khoảng cách càng lớn.
Nhưng sự khác biệt trong cùng một công nghệ cũng rất lớn. Thử nghiệm so sánh nhiều 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 và sản phẩm kém" trong cùng một hướng.
Kết luận sản xuất: khi lựa chọn, trình độ quy trình của nhà sản xuất quan trọng không kém việc lựa chọn hướng công nghệ.
Đừng Nhầm Lẫn Hệ Số Nhiệt Độ Với Phản Ứng Ánh Sáng Yếu
Hệ số nhiệt độ và phản ứng ánh sáng yếu là hai thông số độc lập, nhưng dễ bị nhầm lẫn.
| Tham số | Kịch bản liên quan | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Hệ số nhiệt độ | Kịch bản nhiệt độ cao (module >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Phản ứng ánh sáng yếu | Kịch bản bức xạ thấp (<400 W/m²) | Tốt nhất | Tốt | Yếu hơn |
Vào một ngày hè nóng nực nhiều mây, nhiệt độ cao và ánh sáng yếu kết hợp, HJT dẫn đầu ở cả hai, nhân đôi lợi thế. Vào một ngày đông lạnh giá nhiều mây, nhiệt độ thấp làm giảm ảnh hưởng của hệ số nhiệt độ, và phản ứng ánh sáng yếu chiếm ưu thế. Đừng sử dụng hệ số nhiệt độ để giải thích hiệu suất ánh sáng yếu, và đừng suy luận 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 không nhất thiết loại trừ lẫn nhau về mặt vật lý. Ánh sáng yếu phụ thuộc vào cơ chế tổn thất điện (Rsh, n), trong khi UVID phụ thuộc vào độ ổn định của vật liệu (liên kết hóa học lớp thụ động, màng bao bọc). 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 Tế Bào Trên Dây Chuyền Sản Xuất
Chỉ số trực tiếp nhất: điện trở shunt Rsh.
Trong kiểm tra I-V, Rsh của tế bào càng cao thì khả năng hoạt động tốt dưới ánh sáng yếu càng lớn. Nếu một lô có phân bố Rsh rộng với tỷ lệ cao các tế bào Rsh thấp, sản lượng ánh sáng yếu chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng.
Lưu ý đặc biệt cho dây chuyền BC: các tế bào có điểm sáng bất thường trong 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 gặp 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 tế bào có hành vi ánh sáng yếu xuất sắc thường có Rsh trên 3000.
Dây chuyền HJT: Rsh tự nhiên cao, trên 5000 là phổ biến. Nhưng Rsh thấp trên tế bào HJT thường có nghĩa là có vấn đề ở giao diện TCO và a-Si:H.
Tổng kết
Sổ cái vật lý của 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 trội so với BC, và cường độ bức xạ càng thấp, khoảng cách càng lớn. Nhưng đừng đánh giá chỉ dựa trên công nghệ—khoảng cách giữa sản phẩm tốt và kém trên cùng một công nghệ còn lớn hơn khoảng cách giữa các công nghệ.
Nguồn dữ liệu: Thử nghiệm thực địa CPVT Ngân Xuyên (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 Carbon Search Evaluation Lab (2025).
Quan điểm của Ooitech: Sản lượng ánh sáng yếu thực tế, không phải hiệu suất danh định, mới là thước đo thực sự của tế bào quang điện, và điện trở shunt là yếu tố duy nhất quyết định điều đó.
