Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã thực hiện một bước cải tiến lớn: loại pin mặt trời công nghiệp đạt hiệu suất kỷ lục, trong khi sử dụng ít bạc hơn và thu được nhiều ánh sáng mặt trời hơn từ cả hai mặt của pin.

Công trình này do Giáo sư Ye Jichun tại Viện công nghệ và kỹ thuật vật liệu Ningbo, thuộc Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc, dẫn đầu, hợp tác với các đối tác trong ngành. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Joule.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào công nghệ được gọi là tiếp xúc thụ động oxit đường hầm (TOPCon). Pin mặt trời TOPCon đã nhanh chóng trở thành loại pin mặt trời silicon tinh thể chiếm ưu thế, chiếm hơn 70% thị trường toàn cầu.

Chúng được ưa chuộng vì kết hợp hiệu suất cao với độ tin cậy, rất phù hợp sản xuất quy mô lớn. Nhưng dù thành công, pin TOPCon vẫn phải đối mặt với các hạn chế thực tế. Việc sản xuất chúng đòi hỏi một lượng lớn bột bạc cho các tiếp điểm điện, điều này làm tăng chi phí.

Một phần cấu trúc pin cũng hấp thụ ánh sáng mà lẽ ra có thể tạo ra điện năng, và nhiều thiết kế không tận dụng hết khả năng hoạt động hai mặt, tức là thu thập ánh sáng mặt trời từ cả mặt trước và mặt sau của tấm pin.

Để khắc phục các vấn đề này, nhóm nghiên cứu thực hiện một loạt cải tiến, thiết kế đặc biệt cho sản xuất công nghiệp. Sử dụng tấm silicon M10 khổ lớn tiêu chuẩn, họ giới thiệu quy trình in khuôn thép độ chính xác cao để tạo ra các đường kim loại mỏng ở mặt trước của pin mặt trời.

Các đường kim loại siêu nhỏ này làm giảm hiện tượng bóng mờ trên bề mặt pin và giảm đáng kể lượng bạc sử dụng. Trên thực tế, thiết kế mới giúp giảm lượng bạc tiêu thụ khoảng 0,12 miligram trên mỗi watt điện năng sản xuất.

Kết hợp với chất keo bạc được cải tiến, quy trình này tạo ra các điểm tiếp xúc cực nhỏ và dày đặc bạc tại giao diện với silicon. Điều này cho phép dòng điện truyền tải hiệu quả, trong khi vẫn duy trì khả năng tiếp xúc điện tuyệt vời.

Nhóm nghiên cứu cũng thiết kế lại mặt sau của pin mặt trời. Sử dụng cấu trúc tiếp xúc cục bộ, họ giảm sự hấp thụ ánh sáng không mong muốn bên trong pin. Sự thay đổi này cải thiện đáng kể hiệu suất hai mặt, cho phép mặt sau tạo ra lượng điện gần bằng mặt trước. Hiệu suất hai mặt đạt khoảng 90%, mức rất cao đối với pin mặt trời công nghiệp.

Những cải tiến này đã mang lại kết quả ấn tượng. Nhóm nghiên cứu chế tạo được pin mặt trời TOPCon với hiệu suất chuyển đổi năng lượng được chứng nhận là 26,09%, xếp vào hàng các pin mặt trời silicon công nghiệp hiệu quả nhất từng sản xuất. Quan trọng hơn, công nghệ này không đòi hỏi vật liệu đắt tiền hay các bước sản xuất phức tạp, nên phù hợp cho sản xuất hàng loạt.

Ý nghĩa của công trình này nằm ở việc phá vỡ một sự đánh đổi tồn tại từ lâu. Theo truyền thống, việc cải thiện hiệu suất, đồng nghĩa với chi phí cao hơn hoặc hiệu suất hai mặt kém hơn. Phương pháp tiếp cận mới này cho thấy, có thể cải thiện cả ba yếu tố cùng một lúc.