Công nghệ PERC trong Công nghệ tấm pin năng lượng mặt trời?

Theo đuổi hiệu suất chuyển đổi cao hơn là một chủ đề muôn thuở trong ngành PV. Trong số tất cả các mắt xích trong chuỗi, công nghệ tế bào là yếu tố cơ bản và quyết định nhất. Theo báo cáo của Vincent Shaw từ Thượng Hải, khi chúng tôi nhìn xa hơn công nghệ PERC đã được thành lập, liệu dị liên kết hay TOPCon sẽ trở thành pin mặt trời “thế hệ tiếp theo" thống trị trong số các đại gia sản xuất của Trung Quốc đang nổi lên như một hành động cân bằng giữa đương nhiệm và mới nổi.

Jolywood có trụ sở tại Tô Châu cho đến nay đã cam kết lớn nhất đối với công nghệ TOPCon trong số các nhà cung cấp pin PV ở Trung Quốc, với 2 GW dây chuyền di động trực tuyến vào cuối năm 2020.

Công nghệ tế bào 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 giảm xuống còn ít hơn 32% trên toàn cầu một chút so với thị phần năm 2017 là hơn 83%.

Có vẻ như sau nhiều năm liên tục nghiên cứu và phát triển, tiềm năng cải thiện hiệu quả của PERC đã ít nhiều 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 gần đạt mức 23% - với những cải tiến tiếp theo sẽ khó đạt được.

Ngay cả nhà sản xuất PERC lớn nhất, Longi Solar, đã nhận xét về khó khăn trong việc đạt được hiệu suất cao hơn với PERC mà không làm tăng mạnh chi phí sản xuất biên. Longi đạt 24,06% trong R&D vào cuối năm 2019 và tăng 23% trong sản xuất hàng loạt vào giữa năm 2020

Tùy chọn thế hệ tiếp theo

Có bốn con đường chính cho công nghệ tế bào silicon ngoài PERC: n-PERT, n-TOPCon, dị liên kết (HJT) và tiếp xúc ngược xen kẽ (IBC). Không có cái nào trong số này là mới và tất cả chúng đang được đánh giá và 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.

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, và những người ủng hộ cả hai đang nổi lên, với mỗi người đều có những lợi thế và cạm bẫy riêng.

Ưu điểm chính

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 trần hiệu suất lý thuyết là 28,2% -28,7%, thậm chí vượt quá giới hạn của HJT, ở mức 27,5%. Mức trần thậm chí còn đạt tới giới hạn lý thuyết của pin mặt trời tinh thể-silicon là 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 suất, 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, tính trên mỗi GW 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 GW, khuyến khích các nhà sản xuất tham gia vào “nhóm TOPCon".
Team TOPCon
Jolywood, nhà sản xuất TOPCon lớn nhất, đã lắp đặt và tăng 2 GW dòng tế bào TOPCon tại cơ sở Tô Châu của mình vào cuối năm 2020. Các nhà sản xuất tích hợp lớn - bao gồm các công ty nặng ký như Trina Solar, Canadian Solar và Jinko - có xu hướng nắm lấy 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 9 hoặc thậm chí 10 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 hiện đang đứng về phía TOPCon".

Tại một hội nghị ở thành trì năng lượng mặt trời ở Vô Tích 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 mang tính 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 được đăng tải trên nền tảng mạng xã hội Xueqiu của Trung Quốc. Ông nói rằng ông tin tưởng 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.

Nhà sản xuất PV tích hợp theo chiều dọc lớn nhất, Longi, cho đến nay vẫn chưa tiết lộ vị trí của mình. Tuy nhiên, một giám đốc cấp cao của đội ngũ quản lý hàng đầu của Longi đã nói với tạp chí pv gần đây rằng công ty sẽ sớm tung ra một sản phẩm tế bào mới với công nghệ tế bào thế hệ tiếp theo, “điều này rất dễ đoán", ông trêu chọc.

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.

Quá trình sản xuất của HJT đơn giản hơn đáng kể so với TOPCon, với ít bước hơn nhiều. So với 7 quy trình sản xuất của PERC và 9 đến 10 của TOPCon, HJT chỉ cần tổng cộng 4 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 sử dụng cho tấm pin hai mặt (Bifacial) 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 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 người mới tham gia vào lĩnh vực 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 2 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 đang tích cực hơn và đã đặt cược vào HJT quy mô GW các dòng.

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 kim loại 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.

Zhiyu Zhang, một nhà phân tích ngành giàu kinh nghiệm, người đã từng làm việc cho một cố vấn chứng khoán trong lĩnh vực kinh doanh năng lượng mặt trời rất ủng hộ HJT, và logic của anh ấy rất hợp lý và đơn giản. Zhang nói: “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."

Hồi 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 phản đối. 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, Zhang không đồng tình với ý kiến ​​này “Chỉ vì TOPCon được những người khổng lồ đó ủng hộ không có nghĩa là họ đúng và TOPCon sẽ chiến thắng. Vị trí quyết định hành động Zhang nói. “Họ chọn TOPCon chỉ vì họ phải làm vậy. Và nếu những gã khổng lồ luôn giành chiến thắng, chúng ta đã không chứng kiến ​​công nghệ Mono đánh bại công nghệ Poly, dẫn đến sự gia tăng của PERC".

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 cho phép 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 2/2021, 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

Theo pv-magazine.com

Intech Energy là một trong những tổng thầu EPC uy tín trong lĩnh vực cung cấp các giải pháp lắp đặt, cung cấp vật tư và thi công lắp đặt các dự án điện mặt trời trên toàn quốc quy mô từ hộ gia đình đến các dự án cho doanh nghiệp. Chúng tôi có hơn 10 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành điện mặt trời và năng lượng tái tạo, luôn cam kết tư vấn tận tâm cho khách hàng để đem tới giải pháp hiệu quả với sản phẩm chất lượng, giá cả cạnh tranh với mục đích phát triển bền vững nguồn năng lượng sạch để "Kiến tạo cuộc sống xanh".

Xem thêm: Năng lương mặt trời - năng lượng tái tạo