Ngành quang điện toàn cầu có một thành tựu quan trọng cần được ăn mừng thông qua thành tựu này của JinkoSolar cùng với các đối tác và tổ chức nghiên cứu của họ, với việc lập kỷ lục thế giới được chứng nhận đầu tiên về hiệu suất pin mặt trời ở quy mô công nghiệp-. Kỷ lục thế giới là kết quả của một pin mặt trời TOPCon kích thước M10 được phát triển bởi đội ngũ nhân viên của JinkoSolar và đã được chứng nhận là có hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa là 26,66%. Do đó, hiệu quả đạt được cho phép công ty thu hẹp khoảng cách về hiệu quả đạt được với các sản phẩm{0}}được sản xuất hàng loạt và mức tối đa về mặt lý thuyết.
Ngoài ra, quá trình phát triển loại pin này đã được một phòng thử nghiệm được công nhận ở Trung Quốc kiểm tra và xác minh độc lập và đã mang lại giá trị hiệu suất được báo cáo cao nhất cho đến nay trên pin mặt trời TOPCon ở quy mô công nghiệp, mở đường cho việc thương mại hóa các công nghệ năng lượng mặt trời hiệu suất cao-.
Hợp tác xuất sắc: Từ phòng thí nghiệm đến Fab
Một-thiết bị lưu giữ kỷ lục mới đã được tạo ra thông qua sự hợp tác của các nhà nghiên cứu từ JinkoSolar và Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cũng như với các nhà nghiên cứu từ Đại học Soochow và Đại học Jiliang Trung Quốc.
Các khía cạnh kỹ thuật của cải tiến này đã được ghi lại trên tạp chí Nature Energy trong một bài viết có tựa đề "Sàng lọc điện-hai mặt cho phép pin mặt trời silicon tiếp xúc thụ động oxit đường hầm công nghiệp hiệu quả," được viết bởi Zhenhai Yang và cộng sự, với Giáo sư Jichun Ye là tác giả tương ứng.
Đổi mới kỹ thuật: Chiến lược sàng lọc hai bên
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một tấm wafer M10 có diện tích hiệu dụng là313,3 cm2, hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn sản xuất công nghiệp hiện đại, đảm bảo kết quả đạt được có thể chuyển trực tiếp sang môi trường sản xuất.
Bước đột phá cốt lõi nằm ở chiến lược tối ưu hóa điện-toàn diện nhằm giải quyết những hạn chế tồn tại lâu dài trong cấu trúc tế bào TOPCon.
Ở mặt trước, các nhà nghiên cứu đã thực hiệnbộ phát boron có điện trở suất cao-tấm-(khoảng 430 Ω/sq) kết hợp với thiết kế lưới được tối ưu hóa. Cách tiếp cận này cải thiện đáng kể khả năng thụ động bề mặt bằng cách giảm nồng độ boron hoạt động và độ sâu khuếch tán, từ đó giảm thiểu sự tái hợp Auger với chất nền silicon. Khả năng thụ động nâng cao được chứng minh bằng việc tăng tuổi thọ sóng mang thiểu số hiệu dụng từ 0,70 ms lên 1,12 ms và giảm mật độ dòng tái hợp từ ~9 fA/cm² xuống ~5 fA/cm².
Để bù đắp cho điện trở tiếp xúc tăng lên liên quan đến bộ phát điện trở-tấm-cao, nhóm đã tối ưu hóa thiết kế lưới phía trước, giảm khoảng cách ngón tay từ 1.120 μm xuống còn khoảng825 μmvà thu hẹp chiều rộng ngón tay từ ~20 μm xuống ~10 μm. Sự tối ưu hóa này không chỉ bù đắp tổn thất vận chuyển mà còn làm giảm mức tiêu thụ bóng quang học và dán bạc.
Ở phía sau, nhóm đã giới thiệu một cuốn tiểu thuyếtcấu trúc đường hầm oxit/polysilicon hai lớp-được thiết kế để giảm thiểu sự xuống cấp do quá trình kim loại hóa- gây ra. Kính hiển vi điện tử truyền qua và phân tích quang phổ tán sắc năng lượng cho thấy rằng trong các mẫu một lớp-thông thường, các nguyên tử bạc xuyên qua hoàn toàn lớp polysilicon và thấm vào chất nền silicon. Ngược lại, cấu trúc hai lớp-ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán bạc-lớp polysilicon bên ngoài ngăn chặn hầu hết sự xâm nhập của bạc, trong khi lớp oxit bên trong ngăn cản bạc xâm nhập vào chất nền hơn nữa.
Lớp polysilicon bên trong của pin mặt trời có mức độ kết tinh cao hơn cũng như mật độ ranh giới hạt giảm. Hơn nữa, lớp bên ngoài hoặc vô định hình của pin mặt trời cung cấp kênh khuếch tán có kiểm soát để bạc thay đổi cấu trúc bề mặt của pin mặt trời, cho phép hình thành các tiếp xúc "ohmic". Những thay đổi mang tính đổi mới này trong thiết kế pin mặt trời đã tăng tuổi thọ sóng mang thiểu số hiệu dụng của nó (từ 3,54 ms lên 5,87 ms) và tăng điện áp mạch hở-ngụ ý (từ 752 mV lên 757 mV).
Kỷ lục-Phá vỡ các chỉ số hiệu suất
Trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, pin mặt trời TOPCon cỡ M10 mang lại các chỉ số hiệu suất vượt trội:
Hiệu suất chuyển đổi năng lượng: 26.66%
Mở-Điện áp mạch (Voc):744,6 mV
Hệ số lấp đầy (FF): 85.57%
Dòng điện ngắn mạch-:13,109 mA
Theo giáo sư Ye, tác giả chính của nghiên cứu, "Thiết bị này đã đạt được83,8% giới hạn hiệu suất lý thuyết, vượt trội so với pin mặt trời TOPCon thông thường". Điều này thể hiện sự cải thiện đáng kể so với hiệu suất điện tương đối 91,6% của các pin TOPCon trước đây, tiến gần đến trình độ của công nghệ dị vòng silicon tiên tiến nhất.
Tính năng hai chiều nâng cao cho hiệu suất thực-thế giới
Một cải tiến quan trọng là làm mỏng cục bộ lớp polysilicon phía sau trong các vùng không được kim loại hóa của tế bào. Nhóm nghiên cứu đã có thể tăng hiệu suất lượng tử của tế bào khi được chiếu sáng từ phía sau bằng cách giảm độ dày đa silic ở những vùng này từ 100 nm xuống 40 nm.
Dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng việc làm mỏng polysilicon dẫn đến mật độ dòng điện ngắn mạch tăng lên- lên 2,88 mA/cm² khi tế bào được chiếu sáng phía sau. Các mô phỏng quang học chỉ ra rằng cứ giảm 10 nm độ dày polysilicon thì tổn thất hấp thụ ký sinh giảm khoảng 0,40 mA/cm2 và độ hấp thụ hiệu quả trong chất nền silicon tăng khoảng 0,32 mA/cm2.
Kết quả là tính hai mặt của tế bào tăng từ 83,4% lên 88,3%, tăng đáng kể hiệu suất năng lượng tiềm năng trong các tình huống thực tế khi việc thu thập ánh sáng bên-phía sau góp phần vào tổng lượng điện năng được tạo ra.
Lộ trình đạt tới 28% và hơn thế nữa
Để tiếp tục phát huy kỷ lục này, JinkoSolar cũng tiếp tục dẫn đầu về công nghệ TOPCon khi họ đã lập kỷ lục thế giới-ở quy mô phòng thí nghiệm về pin mặt trời TOPCon với hiệu suất 27,02% được NPVM xác minh ở Trung Quốc. JinkoSolar cũng có thể đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa là 25,58% với mô-đun TOPCon gần đây nhất đã được TÜV SÜD chứng nhận. Để thúc đẩy sự phát triển công nghệ của mình, JinkoSolar đã phát triển một-lộ trình công nghệ dài hạn. JinkoSolar tuyên bố công khai trong sách trắng gần đây nhất của mình rằng họ dự đoán sẽ vượt ngưỡng hiệu suất 28% vào năm 2028 và dự kiến sẽ tiếp tục phát triển công nghệ TOPCon cũng như duy trì vị trí dẫn đầu trong việc sản xuất và chế tạo các mô-đun quang điện hiệu suất cao-.
Ý nghĩa của ngành
Công nghệ TOPCon hiện đang chỉ huy70% thị phầntrong ngành quang điện toàn cầu, được thúc đẩy bởi tính hiệu quả về chi phí-và khả năng tương thích với các quy trình sản xuất hiện có. Bước đột phá về hiệu quả mới nhất này chứng tỏ rằng pin TOPCon-quy mô công nghiệp vẫn còn dư địa đáng kể để cải tiến, thách thức các giả định về sự trưởng thành của công nghệ và mở rộng lộ trình cho pin mặt trời dựa trên silicon-.
Thành tựu này cung cấp một lộ trình kỹ thuật khả thi để thu hẹp khoảng cách giữa giới hạn sản xuất công nghiệp và hiệu quả lý thuyết, củng cố hơn nữa vị thế cạnh tranh của TOPCon trên thị trường năng lượng mặt trời toàn cầu. Khi ngành công nghiệp tiếp tục yêu cầu hiệu quả cao hơn và chi phí điện quy dẫn thấp hơn, những đổi mới như vậy đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.