Năng lực sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời tiếp xúc ngược có thể đạt 1 TW vào năm 2030, theo chuyên gia công nghệ

Năng lực sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời tiếp xúc ngược có thể đạt 1 TW vào năm 2030, theo chuyên gia công nghệ
Radovan Kopecek, chuyên gia về công nghệ mô-đun và pin mặt trời tiếp xúc ngược (BC), đã trao đổi với tạp chí pv về chi phí sản xuất, hiệu quả và những thách thức về mặt kỹ thuật của BC. Ông tin rằng năng lực sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời BC toàn cầu có thể đạt 1 TW vào năm 2030, có khả năng biến các sản phẩm BC trở thành công nghệ chính thống của ngành. Kopecek nói thêm rằng năm 2028 sẽ là năm quan trọng đối với sự phát triển của công nghệ này, vì hầu hết các bằng sáng chế quan trọng liên quan đến công nghệ mô-đun này sẽ hết hạn.

Radovan Kopecek

Ảnh: ISC Konstanz

Trong một cuộc phỏng vấn với tạp chí pv vào cuối năm 2022, Radovan Kopecek, đồng sáng lập kiêm giám đốc của ISC Konstanz tại Đức, đã dự đoán rằng các mô-đun năng lượng mặt trời được chế tạo bằng các ô dựa trên công nghệ tiếp xúc cả hai mặt, chẳng hạn như tấm pin TOPCon, có khả năng bị các mô-đun PV dựa trên thiết kế tiếp xúc ngược (BC) loại khỏi thị trường vào năm 2028, với khối lượng thị trường mạnh mẽ đầu tiên của các công nghệ BC xuất hiện trong khoảng thời gian từ năm 2025 đến năm 2028.

Hơn hai năm sau cuộc phỏng vấn đó, Kopecek tin tưởng hơn bao giờ hết rằng triển vọng mà ông đã nêu ra vào thời điểm đó hiện đang thành hình, đặc biệt là khi các nhà sản xuất mô-đun BC lớn như Longi và Aiko gần đây đã công bố kết quả giao hàng đáng ngạc nhiên. “Cả Longi và Aiko đều tin rằng viễn cảnh mà tôi dự đoán thậm chí có thể thành hiện thực vào năm 2027”, Kopecek nói với tạp chí pv. “Tôi muốn giữ nguyên triển vọng năm 2028 của mình”.

Lộ trình

Kopecek tuyên bố rằng ngành công nghiệp PV sẽ chuyển đổi từ các sản phẩm TOPCon thuần túy sang các thiết kế BC có khả năng kết hợp với chính TOPCon hoặc các công nghệ chính thống khác như PERC hoặc heterojunction. “TOPCon có nghĩa là chỉ mặt sau của các ô có các tiếp điểm thụ động hoặc các tiếp điểm chọn lọc sóng mang, trong khi các công nghệ BC, đang dẫn đầu biểu đồ mô-đun và là tương lai mà tôi đang nói đến, có tất cả các tiếp điểm được thụ động hóa”, ông giải thích. “Bước tiếp theo có thể là chuyển từ TOPCon thuần túy sang công nghệ TOPCon giả kết hợp với BC”.

“TOPCon có thể được cải thiện bằng cách đặt các tiếp điểm thụ động ở mặt trước, được gọi là 'poly kép'. Tuy nhiên, điều này phức tạp hơn những gì có thể thực hiện đối với BC, nơi các nhà sản xuất chỉ phải in các ngón tay ở mặt trước rất nông. Vì vậy, hệ quả hợp lý là chuyển sang BC, đặc biệt là các mô-đun BC hai mặt, cho thị trường quy mô tiện ích", Kopecek nói thêm. "Ngoài ra, việc triển khai kim loại hóa thay thế, như đồng (Cu) hoặc nhôm (Al), dễ dàng hơn nhiều ở phía sau mà không làm giảm hiệu quả của phía trước".

Theo Kopecek, các quy trình sản xuất pin và mô-đun BC phức tạp hơn trong quá khứ. "ISC Konstanz ban đầu bắt đầu hợp tác với nhà sản xuất Trung Quốc SPIC và chúng tôi đã phát triển cách cải thiện công nghệ mô-đun hơn nữa, ở cấp độ thanh giằng. Điều thực sự quan trọng trong bốn năm qua là các công ty như SPIC, Aiko và Longi đã tham gia vào quá trình phát triển các quy trình đơn lẻ. Việc sản xuất các tấm BC với các quy trình kéo dây tiêu chuẩn là rất quan trọng".

Thiết bị

Một bước quan trọng khác trong việc tiếp nhận các sản phẩm BC ở cấp độ công nghiệp là phát triển các loại laser mới, nhanh. Kopecek cho biết "Một phương pháp tối ưu hóa tiếp xúc tăng cường laser đơn giản (LECO) hoặc laser cho các bộ phát chọn lọc là không đủ nhanh". “Ngoài ra, việc phát triển các lớp poly p-plus giá rẻ sẽ rất quan trọng. Ví dụ, hiện tại, chúng tôi tại ISC Konstanz đang lắng đọng các lớp poly và sau đó chúng tôi thực hiện pha tạp bằng phương pháp khuếch tán bo. Tuy nhiên, một lớp poly p-plus nội tại sẽ cực kỳ có lợi cho quy trình sản xuất. Dự kiến ​​điều này sẽ diễn ra trong hai năm tới và sẽ là một bước đột phá, vì nó sẽ có tác động tích cực đến cả hiệu suất và chi phí.”

Kopecek cũng giải thích rằng, đối với sản xuất tế bào BC, việc pha tạp tại chỗ trong các lớp poly p-plus được lắng đọng thông qua lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) đã được cải thiện đáng kể, điều này sẽ giúp toàn bộ quy trình sản xuất nhanh hơn và có khả năng đạt năng suất cao hơn với cùng chi phí. Việc xử lý các lớp poly p-doped phức tạp hơn do độ hòa tan của bo trong silicon thấp, đây cũng là lý do tại sao công nghệ TOPCon dựa trên vật liệu loại n có các ngón tay poly n-doped thụ động ở phía sau. Tuy nhiên, polysilicon pha tạp p đang được phát triển với tốc độ cao và sẽ được sử dụng hiệu quả hơn trong tương lai.

Về hiệu suất chuyển đổi năng lượng, các nhà nghiên cứu của ISC Konstant cho biết các tế bào quang điện silicon đơn nối hiện đang tiến gần đến giới hạn lý thuyết của chúng, với các tế bào và mô-đun lần lượt đạt 27% và 25-26%. “Nhưng quan trọng nhất là các tế bào BC có thể đạt được tỷ lệ bifacility gần như giống với các tế bào TOPCon,” Kopecek nói thêm. “Niềm tin chung là tính hai mặt và BC không hợp nhau, nhưng điều này không đúng. TOPCon có mặt sau được phủ hoàn toàn bằng lớp poly loại n hấp thụ, trong khi BC có các vùng p-plus và n-plus, trong một số trường hợp cũng có 

một số vùng không pha tạp có lợi. Có nhiều bóng râm hơn do kim loại hóa so với TOPCon, nhưng bộ phát cho công nghệ BC nằm ở phía sau, góp phần tạo nên hiệu suất lượng tử bên trong (IQE) cao hơn. Nếu chúng ta xem xét tất cả các ưu điểm và nhược điểm, thì hệ số hai mặt có thể gần giống với TOPCon, tức là khoảng 0,8.”

Chi phí

Các sản phẩm BC vẫn đắt hơn các sản phẩm TOPCon, mặc dù khoảng cách giá giữa hai công nghệ này đã thu hẹp đáng kể trong năm ngoái. “Nhưng xét về chi phí trên mỗi watt thì trong tương lai, nó sẽ thấp hơn,” Kopecek khẳng định. “Điều đó sẽ đòi hỏi phải triển khai một chuỗi cung ứng BC mới giống hệt như chúng ta đã thấy đối với TOPCon. Đây là cách thức hoạt động trong quá khứ đối với tất cả các công nghệ năng lượng mặt trời và cũng nên được áp dụng cho BC vào năm 2028.”

Hiện tại, ông ước tính rằng công nghệ BC của ISC Konstanz đắt hơn TOPCon 30%. “Nhưng chúng tôi sẽ sớm giảm xuống còn 15-20%,” ông nói thêm.

Năng lực sản xuất toàn cầu hiện tại của các mô-đun BC là khoảng 50 GW và theo Kopecek, thậm chí có thể đạt tới 1 TW vào năm 2030. Ông nhấn mạnh: “Đến năm 2028, TOPCon và BC thuần túy có thể chiếm 50:50 thị phần”. “Vào thời điểm đó, hầu hết các nhà sản xuất có thể quyết định chuyển sang BC, mặc dù quá trình chuyển đổi nhanh chóng sẽ không dễ dàng đạt được. Có thể không phải là sự chuyển đổi đơn giản từ công nghệ sản xuất này sang công nghệ khác, như chúng ta đã thấy từ PERC sang TOPCon. Các nhà sản xuất Trung Quốc có thể thích mua thiết bị hoàn toàn mới, đây là cách họ thường hành động và quá trình chuyển đổi có thể mất từ ​​hai đến bốn năm”.

Về phân bổ địa lý, Kopecek lưu ý rằng Ấn Độ vẫn đang chuyển đổi từ PERC sang TOPCon, trong khi Trung Quốc có thể sớm chứng kiến ​​sự chuyển đổi từ TOPCon sang BC. Ông nhấn mạnh: “Trong tương lai, Trung Quốc sẽ là quốc gia chuyển đổi nhanh nhất sang các công nghệ PV mới như mọi khi. Sau đó, Ấn Độ sẽ là quốc gia chuyển đổi nhanh nhất và ở giai đoạn muộn nhất là Hoa Kỳ”.

Tandem

Nhìn về tương lai, Kopecek tin rằng BC có thể có ứng dụng trong các tế bào quang điện song song ba hoặc bốn cực, mặc dù thiết kế hai cực dường như cho đến nay vẫn là giải pháp được cả nghiên cứu và ngành công nghiệp ưa chuộng.

“Tuy nhiên, tôi cũng kỳ vọng rằng việc thương mại hóa GW lớn của các mô-đun quang điện song song sẽ không xảy ra cho đến năm 2030 đến 2035”, ông cho biết. “Các nhà sản xuất hiện tại như Oxford PV đang phục vụ các thị trường ngách và một bước đột phá thực sự chỉ có thể đến với các nhà máy quy mô GW. Nhưng nếu tandem hai cực là công nghệ chiến thắng, chúng ta vẫn có công nghệ TOPCon có thể dễ dàng sử dụng với thiết kế này. Nếu thành công, tandem có thể là kẻ phá vỡ tiếp theo. Tôi sẽ không thấy vấn đề gì khi chuyển sang sản xuất TOPCon một lần nữa”.

Tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn hóa là một bước nữa trong kịch bản được Kopecek vạch ra. “Về vấn đề này, tôi tin rằng mức độ tiêu chuẩn hóa có thể chấp nhận được có thể đạt được vào năm 2026”, ông tuyên bố. “Vào thời điểm này, mọi thứ ít nhiều đều phải được tiêu chuẩn hóa. Lúc đầu, TOPCon cũng được chia thành nhiều con đường khác nhau và sau đó trở thành tiêu chuẩn. Các công ty hoạt động trong lĩnh vực BC vẫn đang theo đuổi các lộ trình khác nhau và năm tới, mọi người sẽ thấy rõ hướng đi nào sẽ là hướng đi đó.”

Việc chuẩn hóa cũng là điều mong muốn khi đặt tên cho các công nghệ tiếp xúc mặt sau. Trước khi có những công ty mới tham gia như SPIC, Longi hoặc Aiko Solar, công nghệ này thường được gọi là tiếp xúc mặt sau xen kẽ (IBC) và chủ yếu liên quan đến công nghệ cell do Maxeon có trụ sở tại Singapore phát triển, hiện là một phần của TCL Zhonghuan của Trung Quốc. “Chúng tôi cũng đã gắn nhãn IBC cho các cell pin mặt trời ZEBRA đầu tiên của mình, loại không có tiếp điểm thụ động,” Kopecek giải thích. “Tuy nhiên, IBC quá tốn kém, cũng vì lớp mạ. Bây giờ chúng tôi chuyển sang poly ZEBRA, loại dựa trên TOPCon với thiết kế BC và được sản xuất bằng phương pháp in lưới.”

Ngành công nghiệp hiện đang sử dụng định nghĩa xBC, nghĩa là các loại cell khác nhau có thể có các chữ cái khác nhau trước từ viết tắt BC thông thường, ví dụ như all-back-contact (ABC) cho Aiko và hybrid passivated back contact (HPBC) cho Longi. “Tuy nhiên, BC nên là định nghĩa duy nhất mà chúng tôi sử dụng khi nhìn về tương lai, chúng tôi đang làm việc theo hướng này trong các hội thảo và hội nghị”, Kopecek cho biết. “Chúng tôi đã thử gọi nó là tunnel back-contact (TBC) trong một thời gian, nhưng chúng tôi quyết định BC là giải pháp đơn giản hơn nhiều”.

Các vấn đề về bằng sáng chế

Mặc dù các nhà sản xuất TOPCon và BC có vẻ dễ gặp phải các vấn đề về bằng sáng chế hơn, nhưng Kopecek tin tưởng rằng tình hình hiện tại, trong đó một số gã khổng lồ sản xuất đang kiện nhau về các thiết kế chủ yếu của TOPCon, sẽ không gây ra bất ngờ tồi tệ cho các nhà sản xuất mô-đun BC.

“Các bằng sáng chế về công nghệ back-contact sẽ hết hạn, mặc dù không hết hạn hoàn toàn, vào năm 2028, điều đó có nghĩa là từ năm nay, mọi người đều có thể sản xuất các sản phẩm BC mà không cần phải mua giấy phép”, Kopecek nhấn mạnh. “Công nghệ này đã được Sunpower/Maxeon cấp bằng sáng chế cách đây gần 20 năm và các bằng sáng chế quan trọng nhất sẽ hết hạn chỉ trong ba năm. Đó là lý do tại sao tôi tin rằng năm 2028 sẽ là bước ngoặt đối với công nghệ này, vì công suất có thể được mở rộng nhanh chóng.”