Sự khác biệt giữa tấm pin mặt trời loại n và loại p là gì?

Khi mua các tấm pin mặt trời mới, khách hàng thường xem xét các khía cạnh như công suất, hiệu suất, tính thẩm mỹ và thậm chí là công nghệ pin mặt trời như Interdigised Back Contact (IBC) hoặc Passivated Emitter and Rear Contact (PERC), nhưng ít người chú ý đến các lớp bên trong của tế bào tạo thành tấm pin mặt trời loại n và loại p.

Các khía cạnh nói trên là khá quan trọng, nhưng việc chọn tấm pin mặt trời loại n và loại p có thể tạo ra sự khác biệt về hiệu suất và tuổi thọ. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích cho bạn về cấu tạo của cả hai loại pin mặt trời, cách chúng hoạt động, sự khác biệt và ưu điểm của các tấm pin mặt trời loại n và loại p, cùng những chi tiết thú vị khác.

Các tấm polycrystalline và monocrystalline?

Điều đầu tiên cần hiểu là các tấm pin mặt trời được tạo thành chủ yếu từ các tế bào làm từ tinh thể silicon. Những tinh thể này là những gì hấp thụ năng lượng mặt trời từ mặt trời để chuyển đổi thành điện.

Một tế bào đa tinh thể – polycrystalline được làm từ nhiều mảnh silicon đã được nấu chảy thành khuôn để tạo thành một thỏi. Thỏi sau đó được cắt thành các tấm wafer mỏng, từ đó được làm thành pin mặt trời. Do có nhiều tinh thể silicon trong một tế bào đa tinh thể, có một số lượng lớn sự không hoàn hảo cho phép các electron ít tự do hơn để di chuyển. Do đó, các tấm polycrystalline thường có mức hiệu quả thấp hơn.

Để so sánh, một tế bào đơn tinh thể – monocrystalline được làm từ một tinh thể silicon duy nhất cho phép các electron di chuyển tự do hơn, dẫn đến mức độ hiệu quả cao hơn.

Một khi phổ biến với chi phí thấp hơn, ngày nay các tấm polycrystalline được coi là lỗi thời mà các nhà sản xuất bảng điều khiển đã đạt được quy mô kinh tế và có thể cung cấp các tấm đơn tinh thể giá cả phải chăng.

Tuy nhiên, không phải tất cả các tế bào đơn tinh thể đều như nhau

Tế bào loại n và loại p

Đầu tiên, pin mặt trời silicon (c-Si) tinh thể thông thường là một tấm silicon được pha tạp với các chất hóa học khác nhau để khuyến khích sản xuất điện. Sự khác biệt chính giữa pin mặt trời loại p và loại n là số lượng electron . Tế bào loại p thường trộn tấm silicon của nó với boron, chất này có ít electron hơn silicon (làm cho tế bào tích điện dương). Một tế bào loại n được pha tạp chất với phốt pho, có nhiều điện tử hơn silicon (làm cho tế bào mang điện tích âm).

• Tấm pin mặt trời loại P là loại mô-đun được bán phổ biến và thông dụng nhất trên thị trường. Pin mặt trời loại P được sản xuất bằng cách sử dụng vùng c-Si số lượng lớn được pha tạp chất (loại P), với mật độ pha tạp 10 ¹⁶ cm ^-3  và độ dày 200μm . Lớp phát cho tế bào được pha tạp âm (loại N), có mật độ pha tạp 10 ¹⁹ cm ^-3  và độ dày 0,5μm .
• Các tấm pin mặt trời loại N là một giải pháp thay thế với mức độ phổ biến ngày càng tăng do một số ưu điểm của chúng so với tấm pin mặt trời loại P. Pin mặt trời loại N có vùng c-Si pha tạp âm (loại N) với độ dày 200μm và mật độ pha tạp 10 ¹⁶ cm ^-3 , trong khi lớp phát được pha tạp dương (loại P) có mật độ 10 ¹⁹ cm ^-3  và dày 0,5μm.

Tóm lại, khía cạnh chính làm cho pin mặt trời loại P và loại N khác nhau là sự pha tạp được sử dụng cho vùng khối lượng lớn và cho bộ phát. Khi phốt pho được sử dụng để pha tạp âm cho vùng khối lượng lớn, điều này tạo ra pin mặt trời loại N, trong khi đó khi boron được sử dụng để pha tạp tích cực silic tinh thể trong vùng khối lượng lớn, điều này tạo nên một tấm pin mặt trời loại P.

Vì sao tấm pin mặt trời loại P trở thành tiêu chuẩn trong ngành năng lượng mặt trời?

Tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên do Phòng thí nghiệm Bell chế tạo vào năm 1954 được làm từ một tấm silicon loại n, nhưng phần lớn các nghiên cứu, phát triển và tiến bộ công nghệ trong quang điện mặt trời (PV) đều tập trung vào các tấm silicon (Si) loại p. Vì trong những ngày đầu sản xuất điện mặt trời, phần lớn nhu cầu đến từ các cơ quan vũ trụ đối với vệ tinh và thám hiểm không gian có người lái. Cấu trúc loại p đã trở nên chiếm ưu thế hơn do nhu cầu về công nghệ năng lượng mặt trời trong không gian. Tế bào loại P được chứng minh là có khả năng chống lại sự suy thoái và bức xạ không gian cao hơn. 

Vì có quá nhiều nghiên cứu được đưa vào công nghệ năng lượng mặt trời liên quan đến không gian, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời tiếp tục duy trì đà phát triển, sử dụng công nghệ đã được nghiên cứu kỹ lưỡng này bằng cách hạ giá thành để sản xuất các tấm pin mặt trời loại P tốt hơn cho các ứng dụng trên mặt đất. Đây là lý do tại sao công nghệ này trở thành tiêu chuẩn cho ngành công nghiệp và dân dụng.

Sự khác biệt giữa pin mặt trời tinh thể loại n và loại p

Nguyên liệu thô trước khi kéo và cắt các tấm silicon là giống nhau đối với cả tế bào loại p và n. Nguyên liệu thô silicon này được “trồng” thành thỏi hoặc đúc thành khối bằng quy trình Czochralski và sau đó được cắt lát mỏng. Những tấm wafer này là cơ sở của pin mặt trời. Tại thời điểm này, các tế bào loại p và n phân kỳ. Để tạo ra một mối nối bán dẫn sẽ tạo ra dòng điện, các tấm wafer được pha tạp (phủ) với bo (loại p) hoặc phốt pho (loại n).

Ưu điểm của tế bào quang điện loại n

Mặc dù các tấm pin mặt trời loại p đã là tiêu chuẩn trong nhiều năm, nhưng công nghệ này vẫn có những hạn chế, đặc biệt là đối với các ứng dụng trên mặt đất. Boron được sử dụng để pha tạp các tấm pin mặt trời loại p, nhưng chúng gây ra một vấn đề được gọi là khiếm khuyết boron-oxy (không phải là vấn đề trong không gian nơi không có oxy). Khiếm khuyết này tạo ra một lượng lớn Sự suy giảm do ánh sáng (LID). LID xảy ra khi các tạp chất oxy trong wafer silicon phản ứng với boron pha tạp chất trong vài giờ / tuần đầu tiên của tế bào được chiếu sáng. Hiệu ứng này có thể làm giảm hiệu quả của tế bào từ 2-4% ngay lập tức.

Các tấm pin mặt trời loại n được pha tạp chất phốt pho thay vì boron, hoàn toàn miễn nhiễm với khiếm khuyết boron-oxy có thể làm giảm hiệu suất của nó. Vì không có LID, không có sự suy giảm hiệu suất tốc độ nhanh như với các tấm pin mặt trời loại p. Các tấm pin mặt trời loại n cũng có hiệu suất chuyển đổi cao hơn trong suốt tuổi thọ của chúng, biến chúng thành một khoản đầu tư tốt hơn.

Lợi ích và ưu điểm của tấm pin mặt trời loại n và loại p

Hiểu được sự khác biệt về cấu trúc giữa các tấm pin mặt trời loại n và loại p có thể chiếu sáng một số lợi ích và ưu điểm của từng công nghệ. Để giải thích thêm về những điều này, chúng tôi đã so sánh các tấm pin mặt trời loại n và loại p trong bảng dưới đây.

Hiện tại và tương lai của tấm pin mặt trời loại n:

Tấm pin năng lượng mặt trời loại N là một công nghệ có giá trị cao đang trở nên phổ biến rộng rãi hiện nay. Sự phát triển của công nghệ này rất có thể sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai gần và xa.

Hiệu suất chuyển đổi của các tấm pin mặt trời loại N là một trong những đặc điểm mà công nghệ này đang phát triển, kỷ lục của nó bị phá vỡ ba lần trong vòng chưa đầy một năm. Lần đầu tiên là Jinko Solar đã phá kỷ lục vào quý cuối cùng của năm 2021, với hiệu suất 25,4%, lần thứ hai là Trina Solar vào quý đầu tiên của năm 2022 với hiệu suất 25,5% và lần thứ ba là Jinko Solar một lần nữa vào quý 2 năm 2022, đạt hiệu suất kỷ lục 25,7%.

Thị phần vật liệu wafer pin mặt trời. Nguồn: ITRPV (2021)

Khi các tấm pin mặt trời loại N trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn, thị phần của chúng sẽ tiếp tục tăng trong tương lai. Vào năm 2021, thị phần cho các tấm pin mặt trời loại N dao động trong khoảng 5% đến 10%, với tuổi thọ tăng lên khoảng 20% ​​vào năm 2022 . Khi mức độ phổ biến không ngừng tăng lên, các tấm pin mặt trời loại N sẽ chiếm hơn 70% thị trường vào năm 2032, có lẽ chỉ còn lại các mô-đun loại P với ít hơn 30% thị trường.

Tại sao nên cân nhắc sử dụng tấm pin mặt trời loại n

Các tế bào loại N có tỷ lệ suy thoái năng lượng thấp hơn = năng suất cao hơn và tiết kiệm cao hơn theo thời gian. Vì lý do này, các bảng loại N thường được coi là cao cấp hơn và nhiều hơn trong số họ đã tham gia vào thị trường trong những năm gần đây khi nhu cầu về các bảng hiệu quả cao tăng lên. 

Nói tóm lại, hiệu suất cao hơn = chi phí năng lượng quy đổi theo mức thấp hơn (LCOE) tính bằng đô la Mỹ / kWh. Cuối cùng, các mô-đun hiệu suất cao hơn có nghĩa là nhiều năng lượng hơn trên mỗi mét vuông. Nhiều năng lượng hơn có nghĩa là cần ít mô-đun hơn. Ít mô-đun hơn có nghĩa là ít không gian hơn, chi phí BOS thấp hơn và ít lao động hơn. Những chi phí giảm này khiến giá tổng thể của điện mặt trời được tạo ra giảm xuống. Khi giá năng lượng mặt trời trên mỗi kWh giảm xuống, tỷ trọng năng lượng mặt trời sẽ tiếp tục tăng.

Công ty TNHH Năng lượng Quang Điện chuyên cung cấp thiết bị và thi công lắp điện năng lượng mặt trời. Chúng tôi cung cấp tới khách hàng các hệ thống điện mặt trời đạt tiêu chuẩn châu Âu, thiết bị đạt chứng nhận: CE, VDE, TÜV SÜD, CSA…Sản phẩm nhập khẩu chính hãng, có xuất xứ hàng hóa (CO) và chứng nhận chất lượng hàng hóa (CQ). Hệ thống do chúng tôi cung cấp và thi công lắp đặt cho hiệu suất cao, vận hành bền bỉ, an toàn và đảm bảo thẩm mỹ với giá thành hợp lý.

Công ty TNHH Năng lượng Quang Điện

Địa chỉ: Phòng 746 CT10A – Khu đô thị Đại Thanh – Thanh Trì – Hà Nội

Liên hệ 0973.356.328