Sau PERC, công nghệ pin năng lượng mặt trời nào sẽ lên ngôi?
Trước hết, chúng ta sẽ tìm hiểu có bao nhiêu công nghệ pin trên thế giới đã áp dụng vào thực tiễn.
Theo đuổi hiệu suất chuyển đổi cao hơn là một chủ đề muôn thuở trong ngành sản xuất pin Năng lượng mặt trời (PV). Trong số tất cả các mắt xích trong chuỗi, công nghệ tế bào là yếu tố cơ bản và quyết định nhất. Loại pin nào có khả năng điều chỉnh tăng hiệu suất cao hơn và có khả năng ứng dụng trong thực tiễn nhanh hơn sẽ có lợi thế lớn nhất. Hãy cùng LITHACO tìm hiểu về các công nghệ pin Silicon hiện nay:
1.Công nghệ PERC là gì.
PERC – Passivated Emitter Rear Contact có nghĩa là Bộ phát thụ động và Tiếp điểm phía sau hay còn gọi công nghệ hấp thu năng lượng thụ động. PERC lên ngôi vương vào năm 2016 và trở thành công nghệ tế bào thống trị chỉ trong ba năm. Theo thống kê của Hiệp hội Công nghiệp Quang điện Trung Quốc (CPIA), tất cả các dòng pin mặt trời được lắp đặt mới trong năm 2019 đều là công nghệ PERC và thị phần của nó đã tăng lên hơn 65%. Tế bào năng lượng mặt trời trường bề mặt sau (BSF) thông thường đã giảm xuống còn khoảng 32% trên toàn cầu trong khi đó thị phần của BSF năm 2017 là hơn 83%.
Tuy nhiên, có vẻ như sau nhiều năm liên tục nghiên cứu và phát triển, tiềm năng cải thiện hiệu quả của PERC đã ít nhiều bị cạn kiệt. Nghiên cứu khoa học đã dự đoán giới hạn trên lý thuyết của hiệu suất chuyển đổi của PERC là khoảng 24,5% và các sản phẩm phổ thông hiện tại đã gần đạt mức 23% – như vậy với những cải tiến tiếp theo sẽ khó đạt được hiệu suất tối đa và khó có thể nâng cao hiệu suất đối với loại này.
Ngay cả nhà sản xuất PERC lớn nhất như Longi Solar cũng đã nhận xét về khó khăn trong việc nghiên cứu để đạt được hiệu suất cao hơn với PERC mà không làm tăng mạnh chi phí sản xuất. Longi đạt hiệu suất 24,06% trong R&D vào cuối năm 2019 và hiệu suất 23% trong sản xuất hàng loạt vào giữa năm 2020.
2.Sự lựa chọn tiếp theo
Ngoài PERC đã đề cập ở trên còn có 4 loại Pin năng lượng mặt trời trong công nghệ tế bào silicon nữa: n-PERT – Passivated Emitter Rear Totally (bộ phát thụ động phía sau khuếch tán hoàn toàn), n-TOPCon – Tunnel Oxide Passivated Contact (còn được gọi là tiếp xúc thụ động), dị liên kết (HJT – Heterojunction) và tiếp xúc ngược xen kẽ (IBC – Interdigised Back Contact). Không có cái nào trong số này là công nghệ mới và tất cả chúng đang được đánh giá là tối ưu hóa bởi các nhóm R&D, các tổ chức và đơn vị kinh doanh trên toàn thế giới để trở thành ứng cử viên cho công nghệ pin mặt trời chính thống tiếp theo. Điều hợp nhất giữa chúng là tất cả đều dựa trên silicon loại n, chứ không phải loại p như của PERC.
Trong số cả 4 lộ trình hướng tới mục tiêu hiệu quả cao hơn này, n-PERT và IBC dường như nằm ngoài cuộc đua, do chi phí cao, quy trình sản xuất phức tạp và tiềm năng hiệu quả hạn chế. Điều này khiến TOPCon và HJT trở thành đối thủ cạnh tranh nhau. Và những nhà nghiên cứu ủng hộ cả hai đang nổi lên, với mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Chúng ta hãy tìm hiểu sâu hơn về ưu điểm và nhược điểm của hai loại công nghệ chiếm ưu thế này.
Điểm đáng lưu ý
Công nghệ TOPCon bắt nguồn từ Fraunhofer ISE của Đức, được công khai với cách tiếp cận vào năm 2013. Theo nghiên cứu của viện và một báo cáo sau đó tại hội nghị Silicon PV 2019, TOPCon được hiểu là có mức trần hiệu suất lý thuyết là 28,2% -28,7%, thậm chí vượt quá giới hạn của HJT đang ở mức 27,5%. Mức hiệu suất giới hạn lý thuyết của pin mặt trời tinh thể – silicon là mức 29,43%.
Quan trọng hơn, việc sản xuất TOPCon có thể sử dụng phần lớn thiết bị được sử dụng trong dây chuyền PERC, với việc bổ sung từ hai đến ba công cụ bổ sung. Điều này sẽ tiết kiệm đáng kể cả thời gian và tiền bạc cho việc đầu tư công nghệ, làm cho TOPCon trở nên rất hấp dẫn đối với những nhà sản xuất hiện đang vận hành dây chuyền sản xuất PERC.
Tại Trung Quốc, vốn đầu tư hiện tại cho các dây chuyền TOPCon, trên mỗi gigawatt công suất, vẫn cao hơn so với PERC, nhưng các báo cáo cho thấy nó đang giảm do các thiết bị cần thiết được nội địa hóa. Kể từ năm 2019, một số nhà cung cấp thiết bị chính cho quy trình TOPCon, bao gồm thiết bị khuếch tán LPCVD, PEALD và boron, đã được bản địa hóa thành công. Điều này làm giảm mức đầu tư cần thiết xuống dưới 350 triệu CNY (54,3 triệu USD) cho mỗi gigawatt, khuyến khích các nhà sản xuất tham gia vào “nhóm TOPCon”.
Công nghệ TOPCon
Các nhà sản xuất tích hợp lớn – bao gồm các công ty nặng ký như Trina Solar, Canadian Solar và Jinko cũng đang có xu hướng ngắm đến TOPCon. Tất cả họ đều đã đầu tư đáng kể vào R&D trên TOPCon, lắp đặt các dây chuyền thử nghiệm để thử nghiệm thêm và chuẩn bị cho sự thay đổi sắp tới. Tuy nhiên, vẫn còn đó những trở ngại trên con đường mở rộng nhanh chóng của TOPCon. Những khó khăn kỹ thuật tồn tại trong quy trình phức tạp nhiều giai đoạn và dẫn đến năng suất sản xuất thấp. Theo các nhà phân tích tại EnergyTrend, năng suất sản xuất trung bình của các dòng TOPCon mà họ nghiên cứu là khoảng 93% – thấp hơn nhiều so với năng suất PERC điển hình là 97% -99%.
Tế bào TOPCon cũng đòi hỏi nhiều bạc hơn đáng kể so với PERC trong quá trình kim loại hóa, khoảng 130-150mg bạc mỗi mảnh, so với 85mg với PERC – càng làm tăng chi phí tế bào. Một vấn đề khác là chi phí nhân lực cao hơn đối với TOPCon và khó giảm so với HJT do có chín hoặc thậm chí mười quy trình sản xuất phức tạp.
Bất chấp những thách thức này, các nhà sản xuất tế bào PERC lớn vẫn tiếp tục phát triển TOPCon. Ví dụ, Jinko đã nhận xét công khai rằng “so sánh TOPCon với HJT ở nhiều khía cạnh, chúng tôi (Jinko) hiện đang đứng về phía TOPCon.”
Tại một hội nghị vào tháng 6 năm 2020, Chen Yifeng – Phó giám đốc R&D của pin mặt trời hiệu suất cao tại Trina Solar – nói rằng “tế bào HJT là một cuộc cách mạng và hoàn toàn khác so với các dòng trước đó, trong khi TOPCon tiến hóa và tương thích với hầu hết các thiết bị dây chuyền trước đây và tiết kiệm chi phí. ” Nhận xét của Yifeng đã được đăng tải trên nền tảng mạng xã hội Xueqiu của Trung Quốc. Ông nói rằng ông tin rằng tất cả những khó khăn và vướng mắc hiện tại của TOPCon sẽ được giải quyết dần dần, với sự nỗ lực chung của toàn ngành – giống như PERC trước đó.
Công nghệ HJT
So với TOPCon và các công nghệ pin mặt trời truyền thống khác, HJT là một con quái vật khá khác biệt. Có lẽ nhờ sự độc đáo của nó mà HJT đã giành được nhiều người ủng hộ.
Pin mặt trời silicon công nghệ Heterojunction (HJT) đã thu hút rất nhiều sự chú ý vì chúng có thể đạt được hiệu suất chuyển đổi cao, lên đến 25%, trong khi sử dụng quy trình xử lý ở nhiệt độ thấp, thường là dưới 250 ° C cho quá trình hoàn chỉnh. Nhiệt độ xử lý thấp cho phép xử lý các tấm silicon dày dưới 100 μm trong khi vẫn duy trì năng suất cao.
Quá trình sản xuất của HJT đơn giản hơn đáng kể so với TOPCon, với ít bước hơn nhiều. So với bảy quy trình sản xuất của PERC và chín đến mười của TOPCon, HJT chỉ cần tổng cộng bốn bước quy trình chính trên toàn bộ dây chuyền sản xuất tế bào. Ngoài ra, do các tính năng kỹ thuật của nó, các tế bào HJT có mức độ hai mặt cao hơn – hơn 90%.
Nhiều tính năng của HJT cải thiện các khiếm khuyết vốn có của PERC. Nó thể hiện hiệu suất điện năng tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu, nó không bị suy giảm do ánh sáng (LID) và suy giảm do cảm ứng tiềm năng (PID) và thể hiện hệ số nhiệt độ thấp hơn.
HJT cũng tương thích hơn với các tấm và tế bào mỏng hơn, với độ dày giảm được coi là một đòn bẩy giảm chi phí đáng kể – đặc biệt là trong thời điểm giá polysilicon tăng. HJT cũng được coi là một sự kết hợp tốt với perovskites trong các tế bào song song, có thể mang lại hiệu quả chuyển đổi khá đáng kinh ngạc, có khả năng lên đến hơn 30%.
Tất cả những yếu tố này đã khiến HJT trở thành nền tảng công nghệ mới được lựa chọn, sở hữu tiềm năng phát triển lớn nhất trong tương lai, và là người kế thừa tốt nhất của PERC. Đối với những công ty mới gia nhập ngành sản xuất PV và những người ủng hộ tài chính của họ bị thu hút bởi thị trường PV đang phát triển nhanh, HJT có vẻ như là lựa chọn tốt nhất để gia nhập ngành và cũng là cơ hội hiếm có để vượt qua các công ty đương nhiệm trong ngành.
Kể từ năm 2019, ngày càng nhiều công ty PV của Trung Quốc quyết định tham gia vào lĩnh vực HJT với dây chuyền thử nghiệm và một số đã công bố dây chuyền sản xuất hàng loạt. Đối với TOPCon, những quyết định này dường như được củng cố bởi việc giảm chi phí sản xuất HJT do nội địa hóa thiết bị sản xuất, cùng với việc tăng hiệu suất chuyển đổi.
Tongwei, nhà cung cấp polysilicon và nhà sản xuất tế bào lớn, đã đầu tư vào hai dây chuyền HJT thử nghiệm vào năm 2019 và tiến hành thử nghiệm thêm vào năm 2020. Vào cuối năm 2020, Tongwei quyết định xây dựng một dự án HJT với công suất 1 GW để thử nghiệm thêm và sản xuất hàng loạt . Canadian Solar và JA Solar đều đầu tư vào các dây chuyền thử nghiệm vào năm 2020, với công ty gần đây đã công bố ý định xây dựng thêm hai dây chuyền nữa vào năm 2021. Risen, Akcome và Tập đoàn Than Sơn Tây thuộc sở hữu nhà nước cũng đang tích cực hơn và đã đặt cược vào HJT quy mô gigawatt.
Giống như TOPCon, HJT cũng có những thách thức. Sản xuất HJT có thể đơn giản về các bước quy trình, nhưng có những khó khăn trong các quy trình này. Nhiều khía cạnh của mỗi yêu cầu tối ưu hóa cẩn thận, tốn kém cả thời gian và tiền bạc. Một vấn đề khác đối với HJT là chi phí bạc, có thể cao hơn gấp ba lần so với PERC do yêu cầu xử lý ở nhiệt độ thấp khi kim loại hóa. Phải sử dụng keo dán bạc nhiệt độ thấp đặc biệt và vật liệu này hiện phần lớn được độc quyền bởi nhà cung cấp Kyoto Electronics Manufacturing (KEM), có nghĩa là nó có giá cao. Nội địa hóa thiết bị vẫn đang được tiến hành và nếu không có thêm các công cụ HJT sản xuất tại Trung Quốc, giá thành của HJT không thể cạnh tranh với giá của PERC.
Tuy nhiên, HJT có nhiều ưu điểm hơn TOPCon, và tất cả những thiếu sót của nó có thể được giải quyết dần dần với sự phát triển của công nghệ. Ví dụ, các quy trình khó có thể được tối ưu hóa, chi phí bạc cao sẽ được cắt giảm nhờ việc thay thế nguyên liệu thô địa phương và cải tiến quy trình hàn chính xác cao, và nội địa hóa thiết bị sẽ giảm đáng kể chi phí xuống mức như TOPCon.
3.Lời kết
Về việc liệu TOPCon hay HJT sẽ trở thành vị vua tiếp theo của pin mặt trời, cả hai đều có người ủng hộ và người gièm pha. Thật vậy, sự hậu thuẫn của các công ty hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp chắc chắn sẽ tạo ra một cú hích mạnh mẽ cho TOPCon. Tuy nhiên, không phải chỉ vì TOPCon được những người khổng lồ ủng hộ không có nghĩa là họ đúng và TOPCon sẽ chiến thắng. Kết quả sẽ là minh chứng tốt nhất cho mọi luận điểm.
Mấu chốt của sự cạnh tranh giữa hai công nghệ này có lẽ không phải là công nghệ nào có nhiều người ủng hộ hơn, hay công nghệ nào có tiềm năng hiệu quả hơn, mà là công nghệ nào có thể đạt được chi phí sản xuất thấp nhất – hoặc đủ thấp để có thể triển khai nhanh chóng. Chỉ với chi phí đủ thấp, bất kỳ công nghệ mới nào cũng có thể vượt qua PERC và thị phần khổng lồ của nó.
Vào tháng 2, CPIA đã công bố dự báo về sự phát triển trong tương lai của các công nghệ pin mặt trời. Trong đó CPIA tuyên bố rằng họ thấy TOPCon dẫn đầu về thị phần trước năm 2024, sau thời điểm đó HJT sẽ vươn lên dẫn đầu.
Siêu tầm và biên tập bời CVS – Lithaco
Bài Viết Liên Quan
![Hệ thống quản lý [Pin Lithium] là gì?](https://lithaco.vn/wp-content/uploads/2021/07/1-93-414x266.jpg "Hệ thống quản lý [Pin Lithium] là gì? 16")
