PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: Tại sao pin mặt trời lại khác biệt nhiều về giá cả và hiệu suất
Mục lục
Câu hỏi cốt lõi của vấn đề này
Từ P-type sang N-type, từ PERC sang TOPCon, HJT và BC, những chữ cái này thực sự có nghĩa là gì? Chúng 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: "Mô-đun TOPCon của chúng tôi đạt hiệu suất 22,5%, cao hơn PERC một điểm." Nhà cung cấp B nói: "Mô-đun 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: "Mô-đun BC của chúng tôi không có đường lưới ở mặt trước, trông sạch hơn và phù hợp với các dự án phân tán."
Vậy làm thế nào để so sánh chúng? Nếu bạn chỉ nhìn vào giá và hiệu suất định mức, bạn sẽ bỏ lỡ những điều thực sự quan trọng:
Các lộ trình công nghệ khác nhau có năng suất sản xuất hàng loạt khác nhau, ảnh hưởng đến sự ổn định giao hàng.
Mức tiêu thụ bạc dán khác nhau (HJT cao hơn), ảnh hưởng đến xu hướng chi phí và rủi ro nguồn cung.
Cơ chế suy thoái khác nhau (P-type có LID, N-type có LeTID), ảnh hưởng đến yêu cầu bảo hành.
Nhiệt độ quy trình khác nhau (HJT là quy trình nhiệt độ thấp), ảnh hưởng đến thiết bị, ngưỡng đầu tư và bối cảnh nhà cung cấp tổng thể.
Vấn đề này giúp bạn xây dựng một khung hoàn chỉnh để so sánh các lộ trình công nghệ.
Hiểu trong một câu
PERC là đỉnh cao của công nghệ P-type (thụ động hóa mặt sau), TOPCon là lộ trình sản xuất hàng loạt N-type chính thống (thụ động hóa tiếp xúc), HJT là lộ trình nhiệt độ thấp hiệu suất cao (thụ động hóa tiếp xúc dị thể), 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
Sự suy giảm hiệu suất của pin mặt trời giống như một ngôi nhà năm tầng bị rò rỉ nước ở mỗi tầng:
Rò rỉ tầng một (mất mát hấp thụ): ánh sáng xuyên qua mà không được hấp thụ.
Rò rỉ tầng hai (mất mát nhiệt hóa): năng lượng dư thừa của photon năng lượng cao biến thành nhiệt.
Rò rỉ tầng ba (mất mát tái hợp): electron và lỗ trống tái hợp trước khi được tách ra.
Rò rỉ tầng bốn (mất mát điện trở): dòng điện gặp điện trở trong pin và điện cực, biến thành nhiệt.
Rò rỉ tầng năm (mất mát che chắn): các điện cực phía 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 (thụ động hóa bề mặt). BC chủ yếu sửa tầng năm (di chuyển điện cực ra phía sau để loại bỏ che chắn).
Lưu ý chuỗi cung ứng: các lộ trình khác nhau sửa các tầng khác nhau, nhưng chi phí và độ khó sửa mỗi tầng là khác nhau. Điều bạn chọn không chỉ là một con số hiệu suất, mà là sự đánh đổi 'đầu tư vào đâu, tiết kiệm được bao nhiêu tổn thất, và trả giá bao nhiêu.'
Nguyên lý chuyên nghiệp
P-type vs N-type: lựa chọn đế
| Hạng mục | Wafer loại P | Wafer loại N |
|---|---|---|
| Pha tạp | Boron | Phốt pho |
| 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 tiêu biểu | PERC | TOPCon, HJT, một số BC |
Xu hướng: N-type đang thay thế P-type trở thành chủ đạo, vì thời gian sống hạt tải thiểu số của wafer N-type cao hơn (electron sống 'lâu hơn'), kết hợp với thụ động hóa 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 tế bào P-type truyền thống, nó bổ sung:
Một lớp thụ động Al2O3 (oxit nhôm) để giảm tái hợp mặt sau.
Một lớp bảo vệ SiNx (nitrit silic) để tăng phản xạ mặt sau, phản xạ lại các photon chưa được hấp thụ để có cơ hội hấp thụ lần thứ hai.
Các tổn thất chính được giải quyết: tái hợp mặt sau và 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 hiệu suất tối đa khoảng 23,5%. Đây là cơ sở lắp đặt lớn nhất, với phụ tùng thay thế và thay thế dễ dàng nhất.
TOPCon: cổng tiếp xúc chính xác
TOPCon là viết tắt của Tunnel Oxide Passivated Contact. Cấu trúc chính: ở mặt sau của đế 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 qua (đây là "hiệu ứng đường hầm").
Lớp polysilicon pha tạp cung cấp tiếp xúc điện tốt và giảm điện trở tiếp xúc.
Các tổn thất chính được giải quyết: tái hợp tại vùng tiếp xúc kim loại và điện trở tiếp xúc.
Đặc điểm chuỗi cung ứng: tương thích cao với dây chuyền PERC (có thể nâng cấp) và hiện là hướng sản xuất hàng loạt N-type chính. Cần chú ý đến tiêu thụ bạc paste, hiệu suất quy trình lớp oxit và dữ liệu suy thoái.
HJT: hai lớp bảo vệ kẹp giữa đế
HJT là viết tắt của Heterojunction Technology. Cấu trúc: trên cả hai mặt của đế tinh thể N-type, một lớp silic vô định hình nội tại (i-a-Si:H) được lắng đọng để thụ động, sau đó phủ một lớp silic vô định hình pha tạp, và cuối cùng là một lớp 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 khả năng thụ động bề mặt tuyệt vời.
Toàn bộ quy trình được hoàn thành ở nhiệt độ thấp (<200°C, trong khi PERC/TOPCon cần 800°C+).
Các tổn thất chính được giải quyết: tái hợp bề mặt và 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 hành vi nhiệt tốt, nhưng đầu tư thiết bị lớn, tiêu thụ bạc paste cao và cần có mục tiêu (ITO cho TCO). Quy trình nhiệt độ thấp có nghĩa là không tương thích với các dây chuyền nhiệt độ cao hiện có và cần năng lực mới.
BC / IBC: di chuyển điện cực ra phía sau
BC là viết tắt của Back Contact, và IBC là Interdigitated Back Contact. Mặt trước của tế bào truyền thống có các đường lưới kim loại (điện cực) chặn khoảng 5%-7% ánh sáng mặt trời. Công nghệ BC đặt tất cả các điện cực dương và âm ở mặt sau, để mặt trước hoàn toàn không bị che khuất.
Cách hoạt động: Các vùng P+ và N+ được sắp xếp xen kẽ ở mặt sau để tạo thành các tiếp xúc PN cục bộ, với các điện cực dương và âm đan xen nhau.
Tổn thất chính được giải quyết: che khuất điện cực phía 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 năng suất và nhiều rào cản bằng sáng chế. Phù hợp với thị trường phân tán cao cấp.
Tổng quan về 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 khuất mặt trước |
| Tổn thất nhiệt hóa | Năng lượng dư thừa của photon năng lượng cao trở thành nhiệt | Giống nhau (phụ thuộc vào bandgap, khó thay đổi theo lộ trình) | Giống nhau | Giống nhau | Giống nhau |
| Tái hợp bề mặt | Khuyết tật 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 | — | Oxide đường hầm | Cách ly silicon vô định hình | Phụ thuộc vào thiết kế |
| Tổn thất điện trở | Đường dẫn dòng điện nóng lên | Tiêu chuẩn | Thấp hơn (tiếp xúc polysilicon) | Phụ thuộc vào chất lượng TCO | Đường dẫn mặt sau dài hơn |
| Tổn thất che khuất | Che khuất điện cực phía trước | Có | Có | Có | Gần như không |
| Mất nhiệt | Suy giảm hiệu suất ở nhiệt độ cao | Trung bình | Tốt hơn | Tốt nhất | Tốt hơn |
Hướng dẫn minh họa
Hình 1: So sánh P-type và N-type
Cột bên trái (tông màu xanh): Wafer P-type, 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 màu xanh lá): Wafer N-type, pha tạp phosphorus, hạt tải đa số là electron, thời gian sống của hạt tải thiểu số cao hơn, công nghệ đại diện TOPCon/HJT/BC. Sự khác biệt cơ bản giữa P-type và N-type nằm ở nguyên tố pha tạp và loại hạt tải đa số, và N-type có thể đạt hiệu suất cao hơn nhờ thời gian sống của hạt tải dài hơn kết hợp với thụ động hóa tiên tiến.
Hình 2: So sánh mặt cắt ngang của PERC / TOPCon / HJT / BC
Bốn cột, mỗi cột hiển thị mặt cắt dọc của một tế bào, với vị trí tiếp giáp PN được đánh dấu bằng vòng tròn đỏ nét đứt. PERC và TOPCon có tiếp giáp PN ở mặt trước, HJT có tiếp giáp dị thể ở cả hai mặt, và BC có tiếp giáp PN hoàn toàn ở mặt sau. Đọc chuỗi cung ứng: càng nhiều lớp thì càng nhiều bước quy trình, đồng nghĩa với thách thức về năng suất lớn hơn. HJT có ít lớp nhất nhưng sử dụng màng mỏng nhiệt độ thấp, TOPCon có số lớp vừa phải, 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 về lộ trình công nghệ chủ yếu là cải thiện các tổn thất ở 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 chuỗi cung ứng: khi bạn so sánh khoảng cách hiệu suất giữa hai công nghệ, hãy hỏi rõ sự khác biệt đến từ lớp tổn thất nào, bởi vì điều đó quyết định liệu khoảng cách đó là thực tế hay chỉ là kết quả phòng thí nghiệm, và liệu nó có duy trì được trong các điều kiện khác nhau như nhiệt độ cao hay ánh sáng yếu hay không.
Thuật ngữ chính trong số này
| Thuật ngữ | Tiếng Anh | Giải thích một dòng | Tại sao chuỗi cung ứng nên biết |
|---|---|---|---|
| PERC | Tế bào phát xạ thụ động và mặt sau | Một lớp thụ động hóa được thêm vào mặt sau của tế bào P-type để giảm tái hợp | Cơ sở lắp đặt lớn nhất, chuỗi cung ứng trưởng thành nhất, dễ thay thế nhất |
| TOPCon | Tiếp xúc thụ động oxit đường hầm | Pin loại N sử dụng oxit đường hầm để giảm tái hợp tiếp xúc | Hướng đi N-type chủ đạo hiện tại, chú ý đến năng suất và bạc paste |
| HJT | Công nghệ dị thể | Dị thể silicon tinh thể-vô định hình với thụ động hai mặt | Tiềm năng hiệu suất cao, đầu tư thiết bị lớn, chú ý đến lượng bạc sử dụng và mục tiêu |
| BC/IBC | Tiếp xúc mặt sau / Tiếp xúc mặt sau xen kẽ | Điện cực được chuyển hoàn toàn ra mặt sau để loại bỏ che khuất | Quy trình phức tạp, thách thức về năng suất, ràng buộc bằng sáng chế |
| Thụ động hóa | Thụ động hóa | Phủ bề mặt silicon bằng một lớp vật liệu để giảm khuyết tật và tái hợp | Chất lượng thụ động quyết định sự suy giảm và tuổi thọ |
| Bạc Paste | Bạc Paste | Paste chứa bạc dùng để tạo các đường lưới điện cực dẫn điện | Giá bạc ảnh hưởng đến chi phí pin, lượng bạc sử dụng trong HJT là trọng tâm |
| LID | Suy giảm do ánh sáng | Ánh sáng gây giảm hiệu suất ở module loại P | LID phải được xem xét trong bảo hành module loại P |
| LeTID | Suy giảm do ánh sáng và nhiệt độ cao | Suy giảm do ánh sáng cộng nhiệt độ cao, mà pin loại N cũng có thể gặp | Một trọng tâm suy giảm cho module loại N |
Quan niệm sai lầm phổ biến
Quan niệm sai 1: TOPCon chỉ là PERC nâng cấp. Hiểu đúng: TOPCon sử dụng wafer loại N (PERC dùng loại P), và thiết kế tiếp xúc thụ động hoàn toàn khác PERC. Mặc dù một số dây chuyền PERC có thể nâng cấp lên TOPCon, nhưng đây là hai thế hệ công nghệ.
Quan niệm sai 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 paste cao (gấp đôi TOPCon) và cần mục tiêu. Mỗi loại có tình huống phù hợp và nhóm khách hàng riêng.
Quan niệm sai 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 năng suất sản xuất hàng loạt, chi phí vật liệu (đặc biệt là bạc và vật liệu đích), suy giảm, hệ số nhiệt độ, phản ứng với ánh sáng yếu và độ ổn định cung ứng. Hiệu suất định mức chỉ là một khía cạnh của đánh giá kỹ thuật.
Quan niệm sai lầm 4: Module BC không có đường lưới phía trước, nên hiệu suất của nó chắc chắn cao nhất. Hiểu đúng: BC chuyển các điện cực ra phía sau, loại bỏ tổn thất che chắn phía trước, nhưng quy trình phía sau phức tạp hơn và đường dẫn điện trở phía sau dài hơn. Lợi thế về hiệu suất của BC rõ ràng trong các điều kiện cụ thể, nhưng không tối ưu trong mọi tình huống.
Điểm trọng tâm của chuỗi cung ứng
Chọn một lộ trình công nghệ đồng nghĩa với việc chọn độ ổn định cung ứng cho 5-10 năm tới.
Công suất và nguồn cung: PERC có công suất lớn nhất nhưng đang bị thay thế bởi TOPCon. Khi đánh giá nhà cung cấp, hãy xem xét tỷ trọng công suất loại N và tiến độ mở rộng của họ.
Phụ thuộc vào bạc: bạc là chi phí lớn thứ hai trong một cell sau wafer. Tiêu thụ bạc của HJT là một nút thắt chi phí mà ngành công nghiệp theo dõi (bột bạc nhiệt độ thấp đắt hơn).
Suy giảm và bảo hành: Module loại N thường suy giảm ít hơn loại P, nhưng hiệu suất LeTID khác nhau giữa các nhà sản xuất. Trong đàm phán bảo hành, hãy yêu cầu đường cong suy giảm cụ thể.
Khớp phụ tùng: module thay thế phải khớp với lộ trình công nghệ và thông số lô ban đầu. Kết nối nối tiếp các module có thiết kế tiếp giáp PN khác nhau gây ra tổn thất không khớp.
Rủi ro bằng sáng chế: bằng sáng chế công nghệ BC tập trung ở một số ít công ty, do đó khả năng thay thế nội địa và thị trường phụ tùng cho chuỗi cung ứng có thể bị hạn chế.
Lưu ý chuỗi cung ứng: chọn lộ trình công nghệ module không chỉ là về hiệu suất và giá cả hôm nay, mà còn là dự đoán về độ ổn định cung ứng và khả năng có sẵn phụ tùng 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 tình huống cụ thể".
Tóm gọn trong một câu
PERC sửa mặt sau, TOPCon sửa tiếp xúc, HJT sửa bề mặt, và BC sửa che chắn. Logic cơ bản của sự 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 chín, chi phí, hiệu suất và an ninh cung ứng.
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 mảng vá khác nhau trên bản đồ tổn thất hiệu suất, và lựa chọn thông minh là lựa chọn cân bằng giữa độ chín, chi phí, hiệu suất và an ninh nguồn cung dài hạn.
