Các tế bào quang điện (PV) thường được làm từ vật liệu bán dẫn như silicon và có cả điện cực dương và điện cực âm. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, hiệu ứng quang điện xảy ra, ngay lập tức chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện dưới dạng dòng điện một chiều (DC). Điện năng này có thể được lưu trữ trong pin hoặc chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) thông qua bộ biến tần để đáp ứng các nhu cầu năng lượng khác nhau. Các tế bào PV thường được mắc nối tiếp hoặc song song để tạo thành các mô-đun, sau đó được lắp ráp thành các mảng để tạo ra sản lượng năng lượng lớn hơn.
1. Pin trường bề mặt sau bằng nhôm (BSF)
Cấu trúc và nguyên tắc
Pin mặt trời BSF là một loại pin mặt trời phổ biến sử dụng lớp phủ nhôm làm điện cực phía sau. Lớp phủ này tạo ra một điện trường phía sau giúp dẫn các electron đến điện cực phía sau, nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Quá trình sản xuất bao gồm việc pha tạp bề mặt silicon bằng phốt pho để tạo ra vùng loại N, phủ một lớp màng hoặc lớp phủ để tạo thành vùng loại P ở mặt trước, và tạo thành mối nối pn. Cuối cùng, các lưới kim loại được thêm vào để thu dòng điện.
Lịch sử phát triển
Được đề xuất lần đầu vào năm 1973, các tế bào BSF là cấu trúc tế bào silicon tinh thể được thương mại hóa sớm nhất. Đến năm 2016, chúng chiếm hơn 90% thị phần.
Thuận lợi
Các tế bào BSF nổi bật nhờ sự đơn giản, hiệu quả về chi phí và công nghệ đã hoàn thiện.
2. Pin PERC
Nguồn gốc tên gọi
PERC là viết tắt của Passivated Emitter and Rear Cell (Bộ phát thụ động và tế bào phía sau).
Quy trình và hiệu suất
Dựa trên công nghệ tế bào BSF truyền thống, công nghệ PERC bổ sung hai bước quan trọng: thụ động hóa bề mặt phía sau và mở bằng laser, giúp tăng hiệu suất đáng kể. Quy trình sản xuất bao gồm làm sạch và tạo cấu trúc bề mặt wafer, khuếch tán để tạo ra các mối nối pn, pha tạp laser cho các chất phát xạ chọn lọc, thụ động hóa mặt sau, khoan laser, in lưới, thiêu kết và kiểm tra.
Thuận lợi
Pin PERC có cấu trúc đơn giản, quy trình sản xuất ngắn và độ hoàn thiện thiết bị cao.
3. Tế bào dị liên kết (HJT)
Kết cấu
Pin mặt trời HJT là loại pin mặt trời lai kết hợp giữa chất nền silicon tinh thể và màng silicon vô định hình. Chúng tích hợp các lớp silicon vô định hình nội tại tại giao diện dị thể để thụ động hóa bề mặt trước và sau. Cấu trúc đối xứng bao gồm chất nền silicon tinh thể loại N, lớp silicon vô định hình Pi ở mặt tiếp xúc với ánh sáng, lớp silicon vô định hình iN ở mặt sau, và các điện cực và thanh dẫn trong suốt ở cả hai mặt. Đây là các pin hai mặt.
Thuận lợi
Các tế bào HJT có ưu điểm là hiệu suất cao, độ suy giảm thấp, hệ số nhiệt độ thấp, khả năng phản xạ hai mặt cao, quy trình đơn giản và phù hợp với các tấm wafer mỏng hơn.
4. Pin TOPCon
Nguyên lý kỹ thuật
Các tế bào TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) dựa trên nguyên lý chọn lọc chất mang. Chúng có một lớp oxit silic siêu mỏng và một lớp silic pha tạp ở mặt sau, tạo thành cấu trúc tiếp xúc thụ động. Điều này làm giảm sự tái kết hợp bề mặt và tiếp xúc kim loại, tạo ra tiềm năng đáng kể để cải thiện hiệu suất trong các tế bào N-PERT.
Đặc điểm quy trình
Các tế bào TOPCon sử dụng chất nền silicon loại N và chỉ cần thay đổi tối thiểu đối với các dây chuyền sản xuất loại P hiện có, chẳng hạn như bổ sung thiết bị khuếch tán boron và thiết bị lắng đọng màng mỏng. Chúng loại bỏ nhu cầu về các lỗ mở phía sau và căn chỉnh, đơn giản hóa quá trình sản xuất và tăng cường khả năng tương thích với các quy trình tế bào PERC và N-PERT.
Thuận lợi
Các tế bào TOPCon thể hiện độ suy giảm thấp, khả năng phản xạ hai mặt cao và hệ số nhiệt độ thấp, mang lại hiệu suất tuyệt vời trong các nhà máy điện mặt trời.
5. Tế bào IBC
Cấu trúc và nguyên tắc
Các tế bào tiếp xúc phía sau xen kẽ (IBC) di dời tất cả các đường lưới điện cực mặt trước ra phía sau, sắp xếp các mối nối pn và các tiếp điểm kim loại theo mô hình xen kẽ. Điều này làm giảm hiện tượng che khuất và tăng khả năng hấp thụ ánh sáng. Do không có các tiếp điểm kim loại ở mặt trước, các tế bào IBC cung cấp diện tích hoạt động lớn hơn cho việc chuyển đổi photon.
Tích hợp công nghệ
Các tế bào IBC có thể tích hợp với các công nghệ khác như PERC, TOPCon, HJT và perovskite, tạo thành các tế bào lai tiên tiến như "TBC" (TOPCon-IBC) và "HBC" (HJT-IBC).
Tiềm năng ứng dụng
Với thiết kế đẹp mắt, các tế bào IBC rất phù hợp cho hệ thống quang điện tích hợp vào tòa nhà (BIPV) và có triển vọng thương mại mạnh mẽ.
Phần kết luận
Mỗi loại pin mặt trời đều có những ưu điểm riêng và đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy công nghệ năng lượng mặt trời. Thông qua sự đổi mới liên tục, các công nghệ này đang thúc đẩy sự tăng trưởng và chuyển đổi của ngành công nghiệp quang điện.
