Trong nhiệm vụ không ngừng của ngành năng lượng mặt trời nhằm cải thiện công nghệ quang điện (PV) để đạt được hiệu quả cao nhất có thể, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều công nghệ, vật liệu và sự kết hợp. Một tùy chọn vượt trội so với phần còn lại là công nghệ năng lượng mặt trời Passivated Emitter và Rear Contact (PERC) cho phép tạo ra các pin năng lượng mặt trời PERC.
Tấm pin năng lượng mặt trời PERC là một loại công nghệ PV được cải tiến và hiệu quả cao, sử dụng Silicon tinh thể (c-Si) và khắc phục một số hạn chế của công nghệ truyền thống. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích sâu và chi tiết về pin năng lượng mặt trời PERC là gì, nó như thế nào so với các công nghệ cũ và công nghệ tiên tiến khác, cũng như các ứng dụng khác nhau của tấm pin mặt trời PERC.
Khai thác cấu trúc và hoạt động của các tấm pin mặt trời truyền thống
Trước khi đi sâu vào công nghệ pin năng lượng mặt trời PERC và những lợi ích của nó, điều quan trọng là phải hiểu đúng về các tấm pin mặt trời truyền thống và cách chúng hoạt động. Các tấm pin năng lượng mặt trời truyền thống được gọi là tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể và đa tinh thể, tùy thuộc vào vật liệu sản xuất của chúng. Cấu trúc cơ bản của pin mặt trời c-Si bao gồm các lớp sau:
- Dán bạc in (tiếp xúc mặt trước của tế bào)
- Lớp phủ chống phản chiếu hoặc kính chống phản chiếu
- Chất bán dẫn được pha tạp chất (mối nối PN)
- Trường bề mặt trở lại
- In nhôm dán (phần tiếp xúc phía sau của tế bào)
Các tấm pin năng lượng mặt trời c-Si tạo ra năng lượng bằng cách thu năng lượng mặt trời dưới hiệu ứng quang điện. Thành phần quan trọng nhất để tạo ra năng lượng mặt trời là chất bán dẫn pha tạp chất hoặc tiếp giáp P-N được sản xuất với lớp pha tạp N mang điện tích âm với các điện tử phụ, và lớp pha tạp P mang điện tích dương và do đó nó có các lỗ trống (thiếu điện tử). Điểm nối P-N hoạt động như cấu trúc chính tạo ra năng lượng mặt trời trong tế bào.
Về cơ sở đơn giản, tải được kết nối với pin mặt trời và nó được cung cấp năng lượng bởi nguồn điện tạo ra từ pin, nhưng điều quan trọng là phải hiểu hoạt động bên trong của pin mặt trời. Điều này cũng sẽ giúp chúng ta hiểu thêm về tấm pin năng lượng mặt trời PERC trong các phần sau.
Khi tiếp giáp P-N hoặc vật liệu quang điện bị va chạm với một photon, electron trong chất bán dẫn bị kích thích. Sau đó, điện tử được di chuyển đến vùng dẫn, tạo ra một cặp điện tử – lỗ trống (e-h).
Sau khi cặp e-h được tạo ra, electron thường đi tới tiếp điểm phía trước và lỗ trống đến lớp pha tạp P. Trong quá trình này, điện tử chạy qua tải, tạo ra dòng điện.
Sau khi điện tử quay trở lại pin mặt trời thông qua tiếp điểm phía sau, nó sẽ tái kết hợp với một lỗ trống, kết thúc dòng điện cho cặp cụ thể đó. Quá trình này diễn ra liên tục bất cứ khi nào các photon chạm vào bề mặt của pin mặt trời.
Tấm pin năng lượng mặt trời PERC là gì?
Trong khi sự tái tổ hợp của cặp e-h trong các trường hợp nói trên là quá trình thường xuyên tạo ra dòng điện cho pin mặt trời truyền thống, thì cũng có một kiểu tái tổ hợp khác được gọi là tái tổ hợp bề mặt, tạo ra tổn thất cho công nghệ silicon tinh thể truyền thống.
Quá trình tái kết hợp bề mặt xảy ra khi một lỗ trống kết hợp với một điện tử bị kích thích không đi qua tiếp điểm. Quá trình tái tổ hợp này được hiểu là hiệu suất pin mặt trời giảm vì cặp e-h kết hợp mà không tạo ra dòng điện hoặc năng lượng mặt trời.
Ngoài sự tái kết hợp bề mặt, các tấm pin mặt trời silicon tinh thể truyền thống có thể tạo ra tổn thất do kém hiệu quả trong việc thu ánh sáng, phản xạ của chính pin mặt trời và che bóng một phần bởi các vật liệu trong mô-đun. Để giảm tổn thất hiệu quả, các nhà nghiên cứu trong ngành năng lượng mặt trời đã phát triển pin mặt trời PERC.
Công nghệ PERC lần đầu tiên được mô tả tại Đại học New South Wales vào năm 1983 nhưng đã được đăng ký chính thức trong một bài báo vào năm 1989. Cuối cùng, pin mặt trời PERC đã cho phép các mô-đun PV di chuyển trên 20% hiệu suất chuyển đổi đã là tiêu chuẩn trong nhiều năm trong ngành.
Công nghệ pin mặt trời PERC bao gồm sự thụ động bề mặt điện môi làm giảm sự tái kết hợp bề mặt điện tử. Đồng thời, pin mặt trời PERC làm giảm diện tích tiếp xúc kim loại bán dẫn và tăng phản xạ bề mặt phía sau bằng cách bao gồm một phản xạ kim loại phía sau được dịch chuyển bằng điện môi. Điều này cho phép các photon được hấp thụ khi đi vào tế bào hoặc ra khỏi tế bào, đồng thời nó cũng làm giảm sự hấp thụ nhiệt.
Phiên bản cải tiến và hiệu quả cao này của công nghệ c-Si dẫn đến các tấm pin năng lượng mặt trời PERC có hiệu suất của pin mặt trời tăng 0,86% trở lên. Điều này cung cấp một số đặc quyền như giảm thời gian lắp đặt, ít yêu cầu về không gian hơn và giảm chi phí bằng cách yêu cầu ít dây dẫn, đầu nối, giá đỡ và các thành phần khác mà bạn cần khi cài đặt cùng một công suất PV với công nghệ truyền thống.
Tấm pin mặt trời Mono PERC so với Poly PERC
Vì PERC là công nghệ được thực hiện trên các tế bào năng lượng mặt trời silicon tinh thể truyền thống, nên các mô-đun PV theo công nghệ này được phân chia giữa các pin năng lượng mặt trời PERC mono và pin mặt trời poly PERC.
Pin mặt trời Poly PERC được sản xuất bằng cách pha trộn hoặc nấu chảy các mảnh silicon khác nhau với nhau, trong khi pin mặt trời mono PERC được sản xuất bằng một tinh thể silicon duy nhất, không có giới hạn hạt (khuyết tật 2D). Vì pin mặt trời đơn PERC có mức độ tinh khiết cao hơn, các mô-đun PV này hiệu quả hơn, nhưng chúng cũng đắt hơn một chút.
Các nghiên cứu được thực hiện vào năm 2016 cung cấp cho chúng ta đủ dữ liệu để hiểu sâu hơn về các công nghệ PERC và cách chúng so sánh với các tấm nền truyền thống.
Pin mặt trời poly c-Si với hiệu suất 18,46% có hiệu suất tăng lên 18,61% khi được sản xuất theo công nghệ PERC, sự khác biệt thậm chí còn khét tiếng hơn với pin mặt trời mono c-Si. Một tấm pin mono c-Si truyền thống có hiệu suất 19,55%, nhưng hiệu suất này tăng 0,86% để đạt được 20,41% đối với tấm pin mặt trời mono PERC.
Các tấm pin mặt trời Mono PERC có xu hướng có giá tương đối cao hơn, nhưng xét về hiệu suất và thông số kỹ thuật so với giá cả, công nghệ này tốt hơn nhiều so với các tấm pin mặt trời poly PERC.
Tấm pin năng lượng mặt trời PERC so với các công nghệ tấm nền tiên tiến khác
PERC chỉ là một trong những công nghệ hiện có để nâng cao hiệu quả và ứng dụng cho các tấm pin mặt trời. Có những công nghệ tiên tiến khác như Interdigised Back Contact (IBC) và công nghệ Bifacial Solar Cell (BSC). Các nhà sản xuất có thể sử dụng một trong hai hoặc thậm chí kết hợp PERC với IBC hoặc BSC . Trong phần này, chúng tôi so sánh IBC và BSC so với công nghệ PERC, để hiểu đầy đủ các đặc quyền của công nghệ này.
Tấm PERC so với tấm pin mặt trời IBC
Một cải tiến thú vị được thực hiện đối với pin mặt trời là việc triển khai công nghệ Interdigised Back Contact. Hầu hết các tế bào (bao gồm cả PERC) đều có một dải dây dẫn mỏng ở phía trước, chúng được gọi là thanh cái (Busbar), những thanh dẫn này được sử dụng để vận chuyển dòng điện qua các tế bào.
Mặc dù không gian chiếm dụng bởi các thanh cái không lớn lắm, nhưng nó vẫn là diện tích bề mặt của pin mặt trời có thể nhận các photon để tạo ra năng lượng mặt trời. Để giảm tổn thất, pin mặt trời IBC đặt các dây dẫn ở mặt sau của tế bào, để bề mặt phía trước tiếp xúc hoàn toàn với mặt trời, cho phép toàn bộ pin mặt trời IBC nhận tác động của photon và tạo ra năng lượng mặt trời.
Nhìn chung, hiệu quả của pin mặt trời IBC cao hơn, nhưng hiệu suất cao nhất được ghi nhận cho cả hai công nghệ là tương tự nhau. Hiệu suất cao nhất đối với pin mặt trời PERC được ghi nhận là 25,0%, trong khi pin mặt trời IBC đạt hiệu suất chuyển đổi 25,4%.
Nhược điểm lớn nhất của công nghệ IBC là nó có giá thành cao hơn các tấm pin mặt trời PERC. Một lợi thế là các nhà sản xuất có thể kết hợp cả hai công nghệ và thu được mô-đun PV hiệu suất cao hơn.
Xem thêm: Tấm pin năng lượng mặt trời IBC
Tấm PERC so với tấm pin mặt trời hai mặt
Một trong những tài nguyên được sử dụng ít nhất trong các ứng dụng năng lượng mặt trời là albedo (Suất phản chiếu hay suất phản xạ). Đây là bức xạ mặt trời khuếch tán phản xạ từ các bề mặt lên mô-đun PV. Để tận dụng triệt để nguồn năng lượng mặt trời này, các nhà sản xuất thực hiện các mặt sau phản chiếu hoặc kính hai tấm, tạo ra các mô-đun PV hai mặt.
Công nghệ hai mặt có thể hấp thụ ánh sáng trực tiếp đến từ mặt trời (như tấm pin năng lượng mặt trời PERC), nhưng nó cũng có thể tạo ra năng lượng từ ánh sáng albedo được phản chiếu ở mặt sau của mô-đun. Mô-đun PV c-Si hai mặt có thể mang lại tỷ lệ hiệu suất (PR) cao hơn cho hệ thống PV, mang lại hiệu suất nhiều hơn 6% so với mô-đun silicon đơn tinh thể, trong khi mô-đun PERC có thể mang lại hiệu suất cao hơn khoảng 1% so với các công nghệ truyền thống.
Tin tốt cho ngành công nghiệp năng lượng mặt trời là công nghệ PERC hai mặt và PERC có thể được kết hợp để tạo ra các tế bào PV PERC hai mặt . Các pin mặt trời mới và sáng tạo này có thể cung cấp điện năng nhiều hơn tới 18% so với pin mặt trời một mặt.
Ưu và nhược điểm của tấm pin năng lượng mặt trời PERC
Hiểu được cách thức hoạt động của công nghệ pin năng lượng mặt trời PERC, là chìa khóa để hiểu những ưu và nhược điểm của các ứng dụng khác nhau. Trong phần này, chúng tôi làm tròn những ưu và nhược điểm chính của công nghệ pin năng lượng mặt trời PERC và nêu bật một số tính năng tốt nhất của nó.
Ưu điểm
- Hiệu quả hơn tới 1% so với tấm pin mặt trời c-Si truyền thống.
- Giảm hấp thụ nhiệt, cho phép hệ thống PV hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao.
- Hoạt động trên phổ ánh sáng rộng hơn.
- Sử dụng tốt hơn không gian có sẵn.
- Công nghệ tiết kiệm chi phí.
- Giá pin năng lượng mặt trời PERC sẽ giảm khi công nghệ này trở nên phổ biến hơn.
- Pin mặt trời PERC có thể được kết hợp với công nghệ IBC hoặc Bifacial.
Nhược điểm
- Chi phí tương đối lớn hơn so với các công nghệ truyền thống.
- Suy thoái do ánh sáng gây ra (LID) và suy giảm tiềm năng do cảm ứng (PID) là một vấn đề trong quá khứ của công nghệ. (Không còn nữa, vì hầu hết các nhà sản xuất đã vượt qua những rào cản này).
Lời kết
Công nghệ Bộ phát thụ động và Tiếp điểm phía sau (PERC) là một cải tiến tuyệt vời cho phép pin mặt trời đạt được hiệu suất cao hơn. Trong khi công nghệ này trước đây có một số nhược điểm như LID và PID, các nhà sản xuất đã tìm ra cách để giải quyết điều này, dẫn đến các tấm pin mặt trời PERC hiệu suất cao mà không có khuyết điểm của công nghệ trong những năm 80.
Vì các nhà sản xuất có thể thiết kế các tấm pin năng lượng mặt trời PERC thông thường hoặc kết hợp chúng với IBC hoặc công nghệ hai mặt, phạm vi ứng dụng của công nghệ này là khá rộng . Công nghệ tấm pin năng lượng mặt trời PERC có thể được sử dụng cho các ứng dụng dân dụng, thương mại và công nghiệp (bao gồm cả các ứng dụng quy mô nhà máy phát điện).
Đối với mục đích dân dụng, các tấm pin năng lượng mặt trời PERC có thể được sử dụng làm quang điện trên mái nhà thông thường, bộ sạc năng lượng mặt trời EV và nhà kho năng lượng mặt trời. Đối với các ứng dụng thương mại và công nghiệp, công nghệ này có thể được sử dụng cho các trạm phát quang điện mặt đất (đặc biệt khi kết hợp với công nghệ hai mặt), Quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV), các trạm năng lượng mặt nước, v.v.
Việc sử dụng công nghệ này khá thuận tiện cho ngành năng lượng mặt trời nói chung. Với sự gia tăng của các tấm pin năng lượng mặt trời PERC, chủ nhà và các tiện ích có thể được hưởng lợi bằng cách sử dụng ít không gian hơn, ít thành phần lắp đặt hơn và sử dụng các mô-đun PV với hiệu suất cao hơn và vô số ứng dụng.
