PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: Tại sao các tế bào năng lượng mặt trời khác nhau như vậy
Mục lục
Câu trả lời nhanh: PERC, TOPCon, HJT và BC khác nhau chủ yếu ở những gì xảy ra tại bề mặt tế bào và tiếp xúc mặt sau, chứ không phải ở tấm silicon bên dưới. PERC thụ động hóa mặt sau của tế bào loại p và mở các tiếp xúc cục bộ xuyên qua đó. TOPCon đặt một lớp oxit đường hầm siêu mỏng, khoảng 2 nm, bên dưới một lớp polysilicon pha tạp để các hạt tải điện xuyên hầm qua một bề mặt được thụ động hóa, điều này làm tăng điện áp mạch hở. HJT lắng đọng các lớp silicon vô định hình mỏng trên cả hai mặt và sử dụng nhiệt độ xử lý thấp hơn. BC di chuyển cả hai tiếp xúc ra mặt sau, loại bỏ hoàn toàn bóng che của thanh cái mặt trước. Hệ quả đối với nhà sản xuất là mỗi lộ trình ngụ ý một tập hợp các bước xử lý bổ sung khác nhau và một mức độ tương thích khác nhau với các dây chuyền hiện có — TOPCon chủ yếu cần thêm bước khuếch tán và lắng đọng, trong khi HJT thay thế toàn bộ chuỗi nhiệt. Sự khác biệt về khả năng tương thích dây chuyền đó giải thích lý do ngành công nghiệp hội tụ theo cách mà nó đã làm.
Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech
Câu hỏi cốt lõi của số này
Từ loại P sang loại N, từ PERC đến TOPCon, HJT và BC, những chữ cái này thực sự có nghĩa là gì? Chúng đang giải quyết những vấn đề khác nhau nào, và các chuyên gia chuỗi cung ứng nên xem xét điều gì khi lựa chọn chúng?
Nhà cung cấp A nói: "Module TOPCon của chúng tôi đạt hiệu suất 22,5%, cao hơn PERC một điểm." Nhà cung cấp B nói: "Module HJT của chúng tôi có hệ số nhiệt độ tốt hơn và tạo ra nhiều điện hơn trong điều kiện nóng." Nhà cung cấp C nói: "Module BC của chúng tôi không có đường lưới ở mặt trước, trông sạch hơn và phù hợp với các dự án phân tán."
Vậy bạn nên so sánh chúng như thế nào? Nếu bạn chỉ nhìn vào giá và hiệu suất định mức, bạn sẽ bỏ lỡ những điều thực sự quan trọng:
Các tuyến công nghệ khác nhau có tỷ lệ sản xuất hàng loạt khác nhau, điều này ảnh hưởng đến tính ổn định giao hàng.
Mức tiêu thụ bạc paste khác nhau (HJT cao hơn), điều này ảnh hưởng đến xu hướng chi phí và rủi ro nguồn cung.
Cơ chế suy giảm khác nhau (P-type có LID, N-type có LeTID), điều này ảnh hưởng đến yêu cầu bảo hành.
Nhiệt độ quy trình khác nhau (HJT là quy trình nhiệt độ thấp), điều này ảnh hưởng đến thiết bị, ngưỡng đầu tư và bối cảnh nhà cung cấp tổng thể.
Số này giúp bạn xây dựng một khung hoàn chỉnh để so sánh các tuyến công nghệ.
Hiểu trong một câu
PERC là đỉnh cao của công nghệ P-type (passivation mặt sau), TOPCon là tuyến sản xuất hàng loạt N-type chủ đạo (passivation tiếp xúc), HJT là tuyến nhiệt độ thấp hiệu suất cao (passivation giao diện dị liên kết), và BC di chuyển các điện cực ra mặt sau như một giải pháp thẩm mỹ. Chúng giải quyết cùng một vấn đề từ các góc độ khác nhau: giảm tổn thất hiệu suất.
Một phép so sánh đơn giản
Tổn thất hiệu suất pin mặt trời giống như một ngôi nhà năm tầng bị rò nước ở mọi tầng:
Rò tầng một (tổn thất hấp thụ): ánh sáng đi thẳng qua mà không được hấp thụ.
Rò tầng hai (tổn thất nhiệt hóa): năng lượng dư thừa của các photon năng lượng cao biến thành nhiệt.
Rò tầng ba (tổn thất tái hợp): electron và lỗ trống tái hợp trước khi được tách ra.
Rò tầng bốn (tổn thất điện trở): dòng điện gặp điện trở trong pin và điện cực và biến thành nhiệt.
Rò tầng năm (tổn thất che bóng): các điện cực mặt trước chặn một phần ánh sáng mặt trời.
PERC chủ yếu sửa tầng ba (tái hợp mặt sau). TOPCon chủ yếu sửa phần tiếp xúc của tầng ba (tái hợp tiếp xúc). HJT gần như cải tạo hoàn toàn tầng ba (passivation giao diện). BC chủ yếu sửa tầng năm (di chuyển điện cực ra mặt sau để loại bỏ che bóng).
Lưu ý chuỗi cung ứng: các tuyến khác nhau sửa các tầng khác nhau, nhưng chi phí và độ khó của việc sửa từng tầng khác nhau. Những gì bạn chọn không chỉ là một con số hiệu suất, mà là sự đánh đổi của "đầu tư vào đâu, tiết kiệm được bao nhiêu tổn thất, và trả giá bao nhiêu."
Nguyên lý chuyên môn
P-type so với N-type: lựa chọn chất nền
| Hạng Mục | Tấm wafer P-type | Tấm wafer N-type |
|---|---|---|
| Pha tạp | Boron | Phospho |
| Hạt tải đa số | Lỗ trống | Electron |
| Suy giảm LID | Rõ rệt hơn (tái hợp boron-oxy) | Thấp hơn |
| Độ nhạy tạp chất | Cao hơn | Thấp hơn (thời gian sống hạt tải thiểu số cao hơn) |
| Công nghệ đại diện | PERC | TOPCon, HJT, một số BC |
Xu hướng: N-type đang thay thế P-type làm dòng chủ đạo, vì thời gian sống hạt tải thiểu số của tấm wafer N-type cao hơn (electron "sống lâu hơn"), và kết hợp với passivation tiên tiến hơn có thể đạt hiệu suất cao hơn.
PERC: thêm một lớp màng bảo vệ ở mặt sau
PERC là viết tắt của Passivated Emitter and Rear Cell. Ở mặt sau của pin P-type truyền thống, nó thêm:
Một lớp Al2O3 (nhôm oxit) passivation để giảm tái hợp mặt sau.
Một lớp SiNx (silic nitrua) bảo vệ để tăng phản xạ mặt sau, dội các photon chưa được hấp thụ trở lại để có cơ hội hấp thụ lần hai.
Tổn thất chính được giải quyết: tái hợp mặt sau cộng với tổn thất truyền qua mặt sau.
Đặc điểm chuỗi cung ứng: công nghệ trưởng thành nhất, chuỗi cung ứng hoàn chỉnh nhất, chi phí thấp nhất, nhưng có giới hạn hiệu suất khoảng 23,5%. Đây là cơ sở lắp đặt lớn nhất, với phụ tùng và thay thế dễ dàng nhất.
TOPCon: một cổng tiếp xúc chính xác
TOPCon là viết tắt của Tunnel Oxide Passivated Contact. Cấu trúc chính: ở mặt sau của tấm wafer N-type, một lớp oxit rất mỏng (SiO2, khoảng 1-2nm) được tạo ra, sau đó phủ một lớp polysilicon pha tạp.
Lớp oxit hoạt động như một cổng, chặn các hạt tải thiểu số (lỗ trống) tái hợp trong khi cho phép các hạt tải đa số (electron) xuyên hầm qua (đây là "tunneling").
Lớp polysilicon pha tạp cung cấp tiếp xúc điện tốt và giảm điện trở tiếp xúc.
Tổn thất chính được giải quyết: tái hợp tại vùng tiếp xúc kim loại cộng với điện trở tiếp xúc.
Đặc điểm chuỗi cung ứng: tương thích cao với dây chuyền PERC (có thể nâng cấp) và hiện là tuyến sản xuất hàng loạt N-type chính. Theo dõi mức tiêu thụ bạc paste, tỷ lệ sản xuất lớp oxit và dữ liệu suy giảm.
HJT: hai lớp bảo vệ kẹp một tấm wafer
HJT là viết tắt của Heterojunction Technology. Cấu trúc: ở cả hai mặt của tấm wafer tinh thể N-type, một lớp silic vô định hình nội tại (i-a-Si:H) được lắng đọng làm passivation, sau đó phủ một lớp silic vô định hình pha tạp, và cuối cùng là một oxit dẫn điện trong suốt (TCO).
"Hetero" có nghĩa là silic tinh thể và silic vô định hình là hai vật liệu bán dẫn khác nhau.
Hai lớp i-a-Si:H cung cấp passivation bề mặt tuyệt vời.
Toàn bộ quy trình được hoàn thành ở nhiệt độ thấp (<200°C, trong khi PERC/TOPCon cần 800°C+).
Tổn thất chính được giải quyết: tái hợp bề mặt cộng với tổn thất nhiệt độ (hệ số nhiệt độ thấp hơn, hiệu suất tốt hơn trong điều kiện nóng).
Đặc điểm chuỗi cung ứng: hiệu suất cao và đặc tính nhiệt độ tốt, nhưng đầu tư thiết bị lớn, tiêu thụ bạc dán cao và cần target (ITO cho TCO). Quy trình nhiệt độ thấp nghĩa là không tương thích với các dây chuyền nhiệt độ cao hiện có và cần năng lực sản xuất mới.
BC / IBC: chuyển điện cực ra mặt sau
BC là viết tắt của Back Contact (tiếp xúc mặt sau), và IBC là Interdigitated Back Contact (tiếp xúc mặt sau đan xen). Mặt trước của pin truyền thống có các đường lưới kim loại (điện cực) chặn khoảng 5%-7% ánh sáng mặt trời. Công nghệ BC đặt tất cả điện cực dương và âm ở mặt sau, để mặt trước hoàn toàn không bị che bóng.
Cách hoạt động: các vùng P+ và N+ được sắp xếp xen kẽ ở mặt sau để tạo thành các chuyển tiếp PN cục bộ, với điện cực dương và âm đan xen nhau.
Tổn thất chính được giải quyết: che bóng điện cực mặt trước.
Đặc điểm chuỗi cung ứng: mặt trước sạch (không có đường lưới) và hiệu suất cao, nhưng quy trình phức tạp, thách thức lớn về tỷ lệ sản lượng và nhiều rào cản bằng sáng chế. Phù hợp với thị trường phân tán cao cấp.
Tổng quan bản đồ tổn thất hiệu suất
| Loại tổn thất | Nguyên lý | PERC | TOPCon | HJT | BC |
|---|---|---|---|---|---|
| Tổn thất hấp thụ | Photon xuyên qua/phản xạ | Cải thiện phản xạ mặt sau | Giống nhau | Giống nhau | Không che bóng mặt trước |
| Tổn thất nhiệt hóa | Năng lượng dư của photon năng lượng cao biến thành nhiệt | Giống nhau (gắn với độ rộng vùng cấm, khó thay đổi theo lộ trình) | Giống nhau | Giống nhau | Giống nhau |
| Tái hợp bề mặt | Khiếm khuyết bề mặt bẫy hạt tải | Thụ động hóa mặt trước | Mặt trước + mặt sau | Thụ động hóa hai mặt xuất sắc | Phụ thuộc vào đế |
| Tái hợp tiếp xúc | Tái hợp tại tiếp xúc kim loại | — | Oxit xuyên hầm | Cách ly silicon vô định hình | Phụ thuộc vào thiết kế |
| Tổn thất điện trở | Đường dòng điện bị nóng lên | Tiêu chuẩn | Thấp hơn (tiếp xúc polysilicon) | Phụ thuộc vào chất lượng TCO | Đường dẫn mặt sau dài hơn |
| Tổn thất che bóng | Che bóng điện cực mặt trước | Có | Có | Có | Gần như không có |
| Tổn thất nhiệt độ | Hiệu suất giảm ở nhiệt độ cao | Trung bình | Tốt hơn | Tốt nhất | Tốt hơn |
Hướng dẫn minh họa
Hình 1: So sánh loại P và loại N
Cột bên trái (tông xanh dương): đế loại P, pha tạp boron, hạt tải đa số là lỗ trống, suy giảm LID rõ rệt hơn, công nghệ đại diện PERC. Cột bên phải (tông xanh lá): đế loại N, pha tạp phosphorus, hạt tải đa số là electron, thời gian sống hạt tải thiểu số cao hơn, công nghệ đại diện TOPCon/HJT/BC. Sự khác biệt cơ bản giữa loại P và loại N nằm ở nguyên tố pha tạp và loại hạt tải đa số, và loại N có thể đạt hiệu suất cao hơn nhờ thời gian sống hạt tải dài hơn kết hợp với thụ động hóa tiên tiến.
Hình 2: So sánh mặt cắt ngang PERC / TOPCon / HJT / BC
Bốn cột, mỗi cột hiển thị mặt cắt ngang dọc của một pin, với vị trí chuyển tiếp PN được đánh dấu bằng vòng tròn nét đứt màu đỏ. PERC và TOPCon có chuyển tiếp PN ở mặt trước, HJT có chuyển tiếp dị thể ở cả hai mặt, và BC có chuyển tiếp PN hoàn toàn ở mặt sau. Đọc hiểu chuỗi cung ứng: càng nhiều lớp nghĩa là càng nhiều bước quy trình nghĩa là thách thức tỷ lệ sản lượng càng lớn. HJT có ít lớp nhất nhưng sử dụng màng mỏng nhiệt độ thấp, TOPCon có số lớp trung bình gần nhất với các dây chuyền hiện có, và BC có cấu trúc mặt sau phức tạp nhất.
Hình 3: Bản đồ tổn thất hiệu suất năng lượng mặt trời
Cuộc chiến giữa các lộ trình công nghệ chủ yếu là về việc cải thiện các tổn thất trong vòng thứ hai và thứ ba. Không có công nghệ đơn lẻ nào có thể giải quyết hoàn hảo tất cả các tổn thất cùng một lúc. Đọc hiểu chuỗi cung ứng: khi bạn so sánh khoảng cách hiệu suất giữa hai công nghệ, hãy hỏi rõ khoảng cách đó đến từ lớp tổn thất nào, vì điều đó quyết định liệu khoảng cách là thật hay chỉ là kết quả phòng thí nghiệm, và liệu nó có giữ vững trong các điều kiện khác nhau như nhiệt độ cao hay ánh sáng yếu.
Các thuật ngữ chính trong số này
| Thuật ngữ | Tiếng Anh | Giải thích một dòng | Tại sao chuỗi cung ứng nên biết |
|---|---|---|---|
| PERC | Passivated Emitter and Rear Cell | Một lớp thụ động hóa được thêm vào mặt sau của pin loại P để giảm tái hợp | Cơ sở lắp đặt lớn nhất, chuỗi cung ứng trưởng thành nhất, dễ thay thế nhất |
| TOPCon | Tunnel Oxide Passivated Contact | Một pin loại N sử dụng oxit xuyên hầm để giảm tái hợp tiếp xúc | Lộ trình loại N chủ đạo hiện nay, theo dõi tỷ lệ sản lượng và bạc dán |
| HJT | Heterojunction Technology | Dị thể silicon tinh thể-vô định hình với thụ động hóa hai mặt | Tiềm năng hiệu suất cao, đầu tư thiết bị lớn, theo dõi sử dụng bạc và target |
| BC/IBC | Back Contact / Interdigitated Back Contact | Điện cực được chuyển hoàn toàn ra mặt sau để loại bỏ che bóng | Quy trình phức tạp, thách thức tỷ lệ sản lượng, hạn chế bằng sáng chế |
| Passivation | Passivation | Phủ một lớp vật liệu lên bề mặt silicon để giảm khiếm khuyết và tái hợp | Chất lượng thụ động hóa quyết định suy giảm và thời gian sống |
| Silver Paste | Silver Paste | Bạc dán chứa bạc được sử dụng để tạo các đường lưới điện cực dẫn điện | Giá bạc ảnh hưởng đến chi phí pin, sử dụng bạc của HJT là trọng tâm |
| LID | Light Induced Degradation | Ánh sáng gây giảm hiệu suất ở module loại P | LID phải được xem xét trong bảo hành module loại P |
| LeTID | Light and elevated Temperature Induced Degradation | Suy giảm do ánh sáng kết hợp nhiệt độ cao, điều mà loại N cũng có thể gặp phải | Một trọng tâm suy giảm đối với mô-đun loại N |
Những hiểu lầm phổ biến
Hiểu lầm 1: TOPCon chỉ là PERC được nâng cấp. Hiểu đúng: TOPCon sử dụng tấm wafer loại N (PERC dùng loại P), và khái niệm thiết kế tiếp xúc thụ động hoàn toàn khác với PERC. Mặc dù một số dây chuyền PERC có thể được nâng cấp lên TOPCon, nhưng chúng là hai thế hệ công nghệ.
Hiểu lầm 2: HJT đã có thể thay thế hoàn toàn TOPCon. Hiểu đúng: HJT có hiệu suất cao và nhiệt độ quy trình thấp, nhưng đầu tư thiết bị lớn, tiêu thụ bạc cao (khoảng gấp đôi TOPCon) và cần bia phún xạ. Mỗi loại có kịch bản phù hợp và nhóm khách hàng riêng.
Hiểu lầm 3: Công nghệ có hiệu suất cao nhất chắc chắn là tốt nhất. Hiểu đúng: bạn phải xem xét tổng chi phí, bao gồm tỷ lệ sản lượng sản xuất hàng loạt, chi phí vật liệu (đặc biệt là bạc và bia phún xạ), suy giảm, hệ số nhiệt độ, phản hồi ánh sáng yếu và độ ổn định nguồn cung. Hiệu suất danh định chỉ là một khía cạnh của đánh giá kỹ thuật.
Hiểu lầm 4: Mô-đun BC không có đường lưới mặt trước, nên hiệu suất của nó chắc chắn cao nhất. Hiểu đúng: BC chuyển các điện cực ra mặt sau, loại bỏ tổn thất che bóng mặt trước, nhưng quy trình mặt sau phức tạp hơn và đường dẫn điện trở mặt sau dài hơn. Lợi thế hiệu suất của BC rõ ràng trong các điều kiện cụ thể, nhưng nó không tối ưu trong mọi kịch bản.
Các điểm trọng tâm chuỗi cung ứng
Chọn tuyến công nghệ đồng nghĩa với việc chọn độ ổn định nguồn cung trong 5-10 năm tới.
Công suất và nguồn cung: PERC có công suất lớn nhất nhưng đang bị TOPCon thay thế. Khi đánh giá nhà cung cấp, hãy xem tỷ trọng công suất loại N và tiến độ tăng tốc của họ.
Phụ thuộc bạc: bạc là khoản chi phí lớn thứ hai trong pin sau tấm wafer. Tiêu thụ bạc của HJT là nút thắt chi phí mà ngành theo dõi (bạc dán nhiệt độ thấp đắt hơn).
Suy giảm và bảo hành: mô-đun loại N nói chung suy giảm ít hơn loại P, nhưng hiệu suất LeTID khác nhau giữa các nhà sản xuất. Trong đàm phán bảo hành, hãy lấy đường cong suy giảm cụ thể.
Khớp linh kiện thay thế: mô-đun thay thế phải khớp với tuyến công nghệ gốc và thông số lô. Kết nối nối tiếp các mô-đun có thiết kế tiếp giáp PN khác nhau gây tổn thất không khớp.
Rủi ro bằng sáng chế: bằng sáng chế công nghệ BC tập trung ở một vài công ty, nên việc thay thế trong nước và thị trường linh kiện thay thế cho chuỗi cung ứng có thể bị hạn chế.
Lưu ý chuỗi cung ứng: chọn tuyến công nghệ mô-đun không chỉ là về hiệu suất và giá hôm nay, mà là dự đoán về độ ổn định nguồn cung và khả năng có linh kiện thay thế trong 25 năm tới. TOPCon hiện là lựa chọn "độ chắc chắn cao", HJT là lựa chọn "tiềm năng tương lai cao", và BC là lựa chọn "giá trị cao trong các kịch bản cụ thể".
Tóm gọn trong một câu
PERC sửa mặt sau, TOPCon sửa tiếp xúc, HJT sửa giao diện, và BC sửa che bóng. Logic cốt lõi của cuộc cạnh tranh giữa bốn công nghệ này là vá các điểm khác nhau trên bản đồ tổn thất hiệu suất, và quyết định mua sắm của bạn là sự cân bằng đa mục tiêu giữa độ trưởng thành, chi phí, hiệu suất và an ninh nguồn cung.
Quan điểm của Ooitech
Ooitech tin rằng: PERC, TOPCon, HJT và BC không phải là cuộc đua cho một con số hiệu suất duy nhất, mà là bốn bản vá khác nhau trên bản đồ tổn thất hiệu suất, và lựa chọn thông minh là lựa chọn cân bằng giữa độ trưởng thành, chi phí, hiệu suất và an ninh nguồn cung dài hạn.
