SiNx màng trước TOPCon thắng lớn: công suất mô-đun cao hơn 3-4W
Mục lục
Câu trả lời nhanh: Độ dày màng silicon nitride mặt trước trên pin TOPCon hóa ra lại đáng giá ở mức công suất module có thể đo được. So sánh trên dây chuyền giữa hai nhóm pin có công thức màng mặt trước khác nhau tạo ra chênh lệch 3 W đến 4 W ở đầu ra module, với công thức tốt hơn tăng khoảng 2,8 W. SiNx vừa hoạt động như lớp phủ chống phản xạ vừa là nguồn passivation hydro, và hai nhiệm vụ đó kéo độ dày tối ưu theo các hướng khác nhau: quá mỏng thì độ phản xạ tăng, quá dày thì đặc tính quang học và passivation của màng thay đổi. Các công thức được đề cập nằm trong khoảng 15 nm đến 45 nm, với một số lớp từ 20 nm đến 30 nm. Vì lớp này được lắng đọng trong cùng bước PECVD dù theo cách nào, lợi ích thu được không tốn kém gì về thiết bị — đó là thay đổi công thức, đó là lý do tối ưu hóa màng mặt trước là một trong những đòn bẩy hiệu suất còn lại rẻ nhất trên dây chuyền TOPCon.
Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech
Giới thiệu sản phẩm
Bạn đã chạy so sánh trên dây chuyền. Hai nhóm TOPCon cell, công thức màng trước khác nhau.
Nhóm màng gradient: chồng gradient SiNx/SiOxNy/SiOx (với các lớp SiOx/SiOxNy có chiết suất thấp)
Nhóm SiNx thuần: SiNx đa lớp thuần
Kết quả trả về ngược lại.
Cấp độ tế bào: nhóm gradient có hiệu suất cao hơn nhóm SiNx thuần 0,05%-0,1%. Trên tế bào, màng gradient rõ ràng trông tốt hơn.
Cấp độ module: sau khi ép thành module 66 tế bào 210×210, nhóm SiNx thuần thực tế cao hơn 3-4W về công suất (đo trên dây chuyền).
"Nhóm có hiệu suất tế bào thấp hơn lại có công suất module cao hơn." Bộ phận chất lượng cứ hỏi tại sao, và bạn không thể chỉ trả lời "lợi ích đóng gói."
Bài viết này dùng một bài báo vững chắc để giải quyết phép toán quang học phản trực giác đó.
Thông số kỹ thuật
Hiệu suất tế bào ≠ công suất module. Quá trình ép nằm ở giữa.
Hãy ghi nhớ một điều thật chắc: hiệu suất tế bào và công suất module không phải là một phép nhân đơn giản.
Lấy một module TOPCon 66 tế bào 210×210 với các tế bào cấp 25,7% làm đường cơ sở, dữ liệu dây chuyền cho thấy chênh lệch hiệu suất tế bào 0,1% tương ứng với khoảng 2,8W công suất module. Theo hệ số đó:
| So sánh | Chênh lệch cấp độ tế bào | Chênh lệch module dự kiến | Kết quả module đo được |
|---|---|---|---|
| Màng gradient so với SiNx thuần | +0,05%-0,1% (gradient cao hơn) | +1,4-2,8W (gradient nên thắng) | SiNx thuần +3-4W (đảo ngược) |
Hướng đã đảo hoàn toàn. Lợi thế ở cấp độ tế bào bị ăn mòn trong quá trình ép.
Công suất module không phải là hiệu suất cell nhân trực tiếp. Kính, chất đóng gói và backsheet mang lại lợi ích ghép quang (dương) nhưng cũng có sai lệch dòng và tổn thất phân bố (âm). Kết quả ròng là công suất đo được. Các công thức chống phản xạ khác nhau tạo ra kết quả ròng sau cán màng rất khác nhau, và đó là gốc rễ của "thua ở cell, thắng ở module."
Cơ chế này đã được xác định rõ bởi Zhang và cộng sự 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) trên một nền tảng PERC, được hỗ trợ bởi mô phỏng SunSolve và đo lường module.
Ưu Điểm Kỹ Thuật
Một bài báo PERC giải thích rõ sự đảo ngược
Zhang 2019 đã nghiên cứu lớp phủ chống phản xạ ba lớp phía trước trên mono PERC. Hai lớp đầu tiên giữ cố định SiNx (20nm/45nm). Chỉ lớp thứ ba thay đổi.
Phương án A: lớp thứ ba 15nm SiNx (chiết suất 1,99)
Phương án B3: lớp thứ ba 30nm SiOx (chiết suất 1,46)
Sử dụng mô phỏng quang học SunSolve (bao gồm kết cấu bề mặt hình kim tự tháp), họ tính toán độ phản xạ trung bình có trọng số WAR (300-1100nm):
| Phương án | Lớp thứ ba | WAR (300-1100nm) |
|---|---|---|
| A | 15nm SiNx | 3.12% |
| B3 | 30nm SiOx | 2.78% |
| B5 | 50nm SiOx | 2,46% (dày hơn, thấp hơn) |
Ở cấp độ tế bào, B3 phản xạ ít hơn A, đo được Isc cao hơn 62mA, hiệu suất 21,50% so với 21,35% (+0,15% tuyệt đối). Màng có lớp SiOx chiết suất thấp chỉ thắng trên tế bào.
Nhưng ở cấp độ module, câu chuyện đảo ngược. Mục 3.3 nói rõ:
"Vì chất đóng gói EVA hấp thụ ánh sáng bước sóng ngắn, lợi thế đáp ứng phổ của tế bào 30nm SiOx bị che khuất một phần... mức tăng công suất module chỉ là 0,9W... việc đưa SiOx vào module đã cắt giảm 57% lợi ích hiệu suất ở cấp độ tế bào."
Các chi tiết cụ thể:
Tỷ lệ CTM: 30nm SiOx 96.1% so với 15nm SiNx 96,5%. Loại SiOx thực tế thấp hơn.
Lợi thế +0,15% ở cấp độ tế bào mất 57% lợi ích sau khi ép.
Mức tăng công suất module chỉ 0,9W.
Đó là lời giải thích ở cấp độ bài báo cho trường hợp của bạn. Nhóm gradient (với các lớp chiết suất thấp SiOx/SiOxNy, giống B3 của Zhang) thắng 0,05-0,1% ở cấp độ tế bào nhờ chống phản xạ sóng ngắn. Nhưng sau khi ép, EVA hấp thụ ánh sáng sóng ngắn <380nm, cạnh sóng ngắn của nhóm gradient bị dập tắt, CTM giảm, và ở cùng cấp hiệu suất, nhóm SiNx thuần vượt qua nó.
Ứng dụng sản phẩm
Khoảng cách nằm ở đâu, và lớn cỡ nào
① Cấp độ tế bào: nhóm gradient thắng 0,05%-0,1%, khoảng 1,4-2,8W
Theo đường cơ sở dây chuyền TOPCon 66 tế bào 210 (0,1% hiệu suất tế bào ≈ 2,8W công suất module), nhóm gradient cao hơn 0,05%-0,1% ở cấp độ tế bào, nghĩa là đáng lẽ phải cao hơn 1,4-2,8W ở cấp độ module.
② Cấp độ module: SiNx thuần thực tế cao hơn 3-4W (đo trên dây chuyền)
Đo được, công suất module của nhóm SiNx thuần cao hơn 3-4W so với nhóm gradient. Cộng lại bất lợi nhỏ ở cấp độ tế bào, nghĩa là nhóm SiNx thuần đóng góp 4,4-6,8W nhiều hơn chỉ riêng ở giai đoạn đóng gói. So với đường cơ sở 720W, đó là chênh lệch lợi ích đóng gói 0,61%-0,94%.
③ Hỗ trợ từ tài liệu: "cắt giảm 57%" của Zhang 2019 (nền tảng PERC)
Phát hiện PERC của Zhang khớp chặt chẽ: màng có lớp thứ ba SiOx thắng +0,15% ở cấp độ tế bào, nhưng sau khi ép, lợi ích bị cắt 57% và tỷ lệ CTM giảm 0,4 điểm.
Chuyển sang 210 TOPCon 66 cell, lợi thế 0,1% ở cấp độ cell chỉ còn khoảng 0,04% sau khi laminate, và module hoàn toàn có thể đảo ngược. Cùng nguồn, cùng nguyên nhân với kết quả dây chuyền của bạn là "SiNx thuần cao hơn 3-4W".
④ Tại sao nhóm gradient lại tụt lại ở cấp độ module?
Màng gradient với SiOx/SiOxNy có thế mạnh chính ở khả năng chống phản xạ sóng ngắn 300-500nm. Nhưng đó lại đúng là dải mà kính + EVA hấp thụ mạnh nhất trong module. Cạnh sóng ngắn của màng gradient bị vật liệu đóng gói ăn thẳng. Trong khi đó SiNx đa lớp thuần làm chống phản xạ triệt để ở dải chính >400nm từ khả kiến đến cận hồng ngoại (vẫn hiệu quả sau laminate, nơi đáp ứng lượng tử của silicon cao hơn), nên nó thu về nhiều hơn ở cấp độ module.
Đưa lên dây chuyền: đừng chỉ đánh giá bằng hiệu suất cell
① Có chạy được trên dây chuyền ngay bây giờ không?
Cả hai đều được. SiNx đa lớp thuần là một lộ trình đã chín muồi. Màng gradient (SiNx/SiOxNy/SiOx) cũng có thể làm trên PECVD ống, chỉ thêm một lớp phủ nữa cộng thêm một bước kiểm soát tỷ lệ N/O và khớp độ dày ba lớp.
Gần đây ngành TOPCon đang tái thúc đẩy cách tiếp cận "SiNx đa lớp màng trước" để thay thế quy trình "đa lớp nitrous-oxide màng trước". Dữ liệu bạn thấy là bằng chứng ở cấp dây chuyền cho xu hướng đó. Không phải màng gradient không tốt, mà là nó trượt bài kiểm tra laminate.
② Có đáng không?
Tùy cách bạn tính. Chỉ nhìn hiệu suất cell thì màng gradient đẹp hơn 0,05-0,1%. Nhưng ở cấp độ module, SiNx đa lớp thuần vượt lên 3-4W, và với mức giá mỗi watt module TOPCon hiện nay, đó là dư địa premium thực sự.
Lựa chọn màng trước phải dùng góc nhìn hai chỉ số: hiệu suất cell cộng lợi ích đóng gói. Đừng chỉ nhìn chằm chằm vào con số cấp cell đó, nếu không bạn sẽ giống nhóm gradient, thắng mặt ở cell và thua thực chất ở module.
③ Có ổn định không?
Điều này cần kiểm tra riêng. Cả hai đều là màng đa lớp, và độ tin cậy dài hạn (độ ổn định màng dưới nóng ẩm, khớp với các chất đóng gói khác nhau) phải được đo. Công trình trước đây của nhóm Hoex tại UNSW đã cho thấy TOPCon cực kỳ nhạy với công thức đóng gói. Màng chống phản xạ và chất đóng gói có liên kết với nhau. Thay lớp phủ thì lựa chọn chất đóng gói có thể phải theo.
Mẹo cạm bẫy cho công nhân dây chuyền: khi so sánh hai quy trình màng trước, đừng chỉ so hiệu suất cell. Khoảng cách 0,05-0,1% ở cấp cell trông nhỏ, nhưng module có thể đảo ngược vài watt. Hãy đo cả hiệu suất cell và công suất module, đặc biệt với module cao cấp đang theo đuổi premium hạng công suất.
Giới hạn: những gì bài báo không nói
Zhang 2019 là bằng chứng nền tảng PERC, không phải TOPCon. Nhưng quang học chống phản xạ màng trước có cùng nguồn gốc: EVA hấp thụ sóng ngắn, màng SiOx mất lợi thế sóng ngắn, CTM giảm. Đó là quy luật chung của quang học đóng gói, và màng trước TOPCon tuân theo nó. Ca dây chuyền này là TOPCon, nhất quán về hướng với bài báo. Khuyến nghị chạy lại trên dây chuyền của bạn với đáp ứng phổ EQE cộng tách phản xạ trước/sau laminate.
Cơ chế là suy luận của bài này, không phải phán quyết. Giải thích vật lý cho "SiNx đa lớp thuần có lợi ích đóng gói cao hơn" (phổ hiệu dụng được cắt gọn + hấp thụ ký sinh thấp) cần dữ liệu đáp ứng phổ EQE và tách phản xạ/hấp thụ trước/sau laminate để chốt lại. Bài này đưa ra khung vật lý và hướng đi. Dải nào chiếm ưu thế và hấp thụ ký sinh đến từ đâu thì còn chờ dữ liệu phổ dây chuyền.
Khoảng cách lợi ích đóng gói 0,61%-0,94% là ước lượng bậc độ lớn tính ngược từ 3-4W và 0,05-0,1%. Các chất đóng gói khác nhau (EVA/POE/EPE) và kính khác nhau (có phủ/không phủ) sẽ làm con số đó dịch chuyển.
Module hai mặt và chất đóng gói cắt UV càng thay đổi việc tận dụng sóng ngắn. Khoảng cách giữa hai nhóm có thể phân bố lại trong kịch bản kính đôi + truyền UV.
Tóm tắt
Cùng cell TOPCon, nhóm gradient thắng 0,1% ở cấp cell, và sau đóng gói mất 4W. Khác biệt không chỉ là hiệu suất, mà là bài kiểm tra mà màng chống phản xạ phải qua đã thay đổi ở giai đoạn module.
Bài kiểm tra cell đánh giá sóng ngắn toàn phổ, và nhóm gradient trả lời tốt. Bài kiểm tra module đánh giá phổ hiệu dụng sau đóng gói, và nhóm SiNx thuần lật ngược tình thế.
Bài báo PERC năm 2019 đó đã nói rồi: đưa SiOx vào module thì lợi ích cấp cell bị cắt 57%. Sự đảo ngược 3-4W đo được trên dây chuyền khớp về hướng với kết luận của bài báo.
Với lựa chọn màng trước, đừng để con số hiệu suất cell đơn lẻ đó dẫn nhịp. Hãy tính lợi ích đóng gói vào tổng thể.
Quan điểm của Ooitech
Khoảng cách cell so với module ở đây đúng là cái bẫy mà chúng tôi luôn để ý khi bàn giao một dây chuyền module. Một lớp phủ tỏa sáng trên cell có thể âm thầm rò watt khi kính và EVA được đặt lên trên, nên chúng tôi luôn nói với khách hàng hãy chốt lựa chọn chống phản xạ dựa trên dữ liệu CTM thực tế, không phải hiệu suất trong phòng lab. Vì Ooitech chỉ xây dựng dây chuyền sản xuất module, mối liên kết cell-đến-module này chính là nơi công việc laminate và đào tạo quy trình của chúng tôi thực sự phát huy giá trị. Nếu bạn muốn xem những lựa chọn này diễn ra thế nào trên một dây chuyền TOPCon đang chạy, kênh YouTube của Ooitech (www.youtube.com/ooitech) có rất nhiều cảnh quay nhà máy đáng theo dõi.
