Công nghệ TOPCon là gì? Cách thức hoạt động của công nghệ TOPCon

Sau khi đã nắm được tổng quan về các đặc tính cốt lõi của công nghệ này, DAT Group sẽ đi sâu vào phân tích chi tiết cấu trúc, cơ chế hoạt động, cũng như cách tấm pin thế hệ mới này đang định hình lại tiêu chuẩn của ngành năng lượng mặt trời hiện đại.

Công nghệ TOPCon là gì?

TOPCon là viết tắt của Tunnel Oxide Passivated Contact (Tiếp xúc thụ động oxit đường hầm). Đây là cấu trúc tế bào quang điện thế hệ mới được giới thiệu lần đầu vào năm 2014 bởi Tiến sĩ Frank Feldmann và nhóm nghiên cứu tại Viện nghiên cứu Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ISE (Đức) . Bản chất của công nghệ này là sự kết hợp giữa phiến silicon N-type (n-type wafer) và một lớp oxit siêu mỏng (dày dưới 2 nanomet) cùng với lớp silicon đa tinh thể pha tạp n-doped (polysilicon).

Ngành công nghiệp điện mặt trời đang chuyển dịch mạnh mẽ từ cấu trúc P-type sang N-type. Nguyên nhân chính là cấu trúc P-type đã chạm đến ngưỡng giới hạn vật lý về hiệu suất quang điện. Bằng cách thay đổi vật liệu nền sang N-type và áp dụng lớp tiếp xúc thụ động (passivated contact), TOPCon loại bỏ rào cản hiệu suất của các thế hệ trước, giảm thiểu thất thoát năng lượng ngay tại bề mặt tiếp xúc kim loại.

Cách thức hoạt động của công nghệ TOPCon

Cơ chế cốt lõi của công nghệ TOPCon nằm ở hiện tượng vật lý có tên “Đường hầm lượng tử” (Quantum Tunneling). Lớp oxit siêu mỏng (< 2nm) đóng vai trò như một màng lọc chọn lọc hạt tải điện ở cấp độ vi mô.

Tại bề mặt tiếp xúc của tế bào quang điện, quy trình diễn ra như sau:

• Cho phép hạt dẫn đa số đi qua: Lớp oxit đường hầm và lớp polysilicon tạo điều kiện cho các electron dễ dàng di chuyển xuyên qua để đi vào mạch ngoài, tạo ra dòng điện một chiều DC có cường độ cao trước khi truyền về bộ đổi nguồn.
• Chặn hạt dẫn thiểu số: Cấu trúc này ngăn chặn các lỗ trống (hole) tiếp xúc với bề mặt kim loại.
• Giảm tái tổ hợp (Carrier recombination): Việc ngăn hạt dẫn thiểu số giúp triệt tiêu hiện tượng tái tổ hợp hạt tải điện tại các tiếp điểm kim loại – nguyên nhân chính gây thất thoát năng lượng trong pin mặt trời.

Nhờ cơ chế kiểm soát dòng hạt tải điện chặt chẽ này, dòng rò tại bề mặt tiếp xúc được giảm thiểu tối đa. Hệ quả trực tiếp là tấm pin TOPCon đạt được điện áp hở mạch (Voc) cao hơn đáng kể, từ đó đẩy mạnh tổng công suất đầu ra của module.