BC-zonnecellen uitgelegd: Structuur, Verschillen, Productieproces en Stringsoldeerprincipe
Productintroductie
BC-zonnecel, afkorting van Back Contact-zonnecel, is een hoogrendement kristallijn siliciumceltechnologie waarbij de emitter, het achteroppervlakveld en de metaalelektroden allemaal aan de achterzijde van de cel zijn geplaatst. De basisvorm staat meestal bekend als IBC, of Interdigitated Back Contact -cel.
Vergeleken met conventionele kristallijn siliciumcellen is het meest opvallende kenmerk van BC-cellen dat er geen metalen gridlijnen op het vooroppervlak zijn. Omdat de voorzijde vrij is van busbar- en vingerschaduw, kan er meer zonlicht het celoppervlak bereiken, wordt optisch verlies verminderd en wordt het effectieve stroomopwekkingsgebied vergroot. Dit is waarom BC-cellen vaak worden gebruikt voor hoogrenderende en esthetisch aantrekkelijke zonnepanelen.
Wat BC-cellen anders maakt
Het belangrijkste verschil tussen BC-cellen en PERC-, TOPCon- of HJT-cellen is niet simpelweg het wafertype of een enkele passivatielaag. Het kernidee van BC-technologie is structureel: de PN-overgang en metaalelektroden worden naar de achterzijde van de cel verplaatst.
TOPCon wordt bijvoorbeeld vaak besproken in relatie tot N-type siliciumsubstraten, passivering aan de voorzijde en tunneloxide-gepassiveerde contactstructuren aan de achterzijde. PERC is meestal gebaseerd op verbetering van de achterpassivering. HJT gebruikt amorf siliciumpassivering en heterojunctiecontact. BC richt zich echter op het verwijderen van schaduw door voorzijde-elektroden door de stroomcollectiestructuur naar de achterkant te verplaatsen.
Hierdoor kan BC ook worden gecombineerd met andere celtechnologieën. Pure BC-technologie wordt over het algemeen vertegenwoordigd door IBC. TOPCon plus BC kan TBC-technologie vormen; HJT plus BC kan HBC-technologie vormen. HPBC staat algemeen bekend als een P-type IBC-gerelateerde route, terwijl ABC verwijst naar All Back Contact-technologie, vaak besproken in combinatie met zilverreductie- of zilvervrije ontwerpconcepten.
Technische Parameters
Typische BC-celstructuur
Met IBC als voorbeeld is de belangrijkste structurele verandering dat zowel de PN-overgang als de metalen elektroden zich aan de achterzijde van de cel bevinden. Het vooroppervlak wordt voornamelijk gebruikt voor lichtabsorptie en passivering, terwijl het achteroppervlak de ladingsscheiding en stroomcollectie voltooit via interdigiterende positieve en negatieve gebieden.
| Item | Beschrijving |
|---|---|
| Celtype | Back Contact-zonnecel |
| Basis technologieroute | IBC, Interdigitated Back Contact |
| Kenmerk voorzijde | Geen schaduw door metalen gridlijnen aan de voorzijde |
| Kenmerk achterzijde | Positieve en negatieve elektroden aan de achterzijde gerangschikt |
| Kern structureel ontwerp | PN-overgang en metalen elektroden verplaatst naar de achterzijde |
| Belangrijkste voordeel | Verminderd optisch schaduwverlies en verbeterd effectief lichtabsorptieoppervlak |
| Compatibele routes | IBC, TBC, HBC, HPBC, ABC en andere BC-gebaseerde structuren |
| Impact op moduleproces | Vereist een andere string-soldeerlogica vergeleken met PERC-, TOPCon- en HJT-cellen |
IBC-celproductieproces
Een typisch IBC-celproces kan als volgt worden samengevat:
Chemisch polijsten en schadeverwijdering
BBr3-buisdiffusie
Droge zuurstofmaskergroei
Zeefdruk voor lokale BSF-opening
POCl3-buisdiffusie
Textureren
Dubbelzijdige passivering
Zeefdruk voor lokale contactopening
Zeefdruk metallisatie
De kernuitdaging van BC-technologie is hoe hoogwaardige p-type en n-type gebieden op de achterkant van de cel in een interdigiterend patroon te bereiden. In een typisch proces kan een boorbevattend interdigiterend diffusiemasker op de achterzijde worden geprint. Na diffusie komt boor in het N-type substraat en vormt het p+ gebied. Het gebied zonder het geprinte masker kan vervolgens het n+ gebied vormen via fosfordiffusie.
Aan de voorzijde wordt piramidetexturering gebruikt om lichtvangst te verbeteren, terwijl een front surface field, vaak FSF genoemd, wordt gevormd om de elektrische prestaties te verbeteren. Deze combinatie van optisch beheer en achterzijde ladingscollectie is een reden waarom BC-technologie aantrekkelijk is voor premium modules.
Technische voordelen
Geen schaduw door voorzijde raster
Het meest directe voordeel van BC-cellen is dat het vooroppervlak geen metalen rasterlijn heeft. Dit vermindert schaduwverlies en verhoogt het lichtgebruik. Voor module-uitstraling kan het volledig zwarte of bijna uniforme vooroppervlak ook een schoner visueel effect geven, wat vooral aantrekkelijk is in gedistribueerde commerciële, industriële en gebouwgerelateerde PV-toepassingen.
Hoger rendementspotentieel
Omdat het vooroppervlak meer invallend licht kan ontvangen, hebben BC-cellen een sterk theoretisch en praktisch rendementsvoordeel. In combinatie met geavanceerde passivatietechnologieën zoals TOPCon of HJT kunnen BC-structuren de conversie-efficiëntie verder verbeteren.
Flexibele technologie-integratie
BC is niet beperkt tot één enkele celroute. Het kan werken als een platformstructuur en combineren met andere hoogrendementstechnologieën. Daarom bespreekt de industrie routes zoals TBC, HBC, HPBC en ABC. De gemeenschappelijke richting is hetzelfde: optisch verlies verminderen, ladingscollectie verbeteren en het modulevermogen verhogen.
Speciaal achterzijde rasterontwerp
Omdat zowel positieve als negatieve elektroden zich aan de achterzijde bevinden, is het rasterontwerp van BC-cellen heel anders dan conventionele cellen. Het volgende voorbeeld gebruikt rode lijnen voor positieve busbars en blauwe lijnen voor negatieve busbars, met een 18BB achterzijde lay-out als voorbeeld.
Wanneer de fijne vingers ook worden getoond, zijn de positieve en negatieve vingers in een interdigiterend patroon gerangschikt. De PN-overgangsgebieden zijn ook op een vergelijkbare interdigiterende manier verdeeld. De hoofd busbars verzamelen stroom door de overeenkomstige vingerstructuur te kruisen en ermee te verbinden.
Uit de echte BC-celafbeelding kunnen we niet alleen de achterste rasterlijnen zien, maar ook PAD-punten aan beide zijden van de halve cel. Deze PAD-punten zijn belangrijk voor elektrische verbinding en soldeerontwerp, vooral in structuren met hoge dichtheid.
Producttoepassing
BC-cel string soldeerprincipe
Het solderen van BC-cellen verschilt van het solderen van conventionele PERC- of TOPCon-cellen. Voor gewone dubbelzijdige rastercellen loopt de ribbon meestal van de achterzijde van de ene cel naar de voorzijde van de volgende cel. Bij BC-cellen bevinden zowel de positieve als negatieve elektroden zich aan de achterzijde, dus de soldeerribbon moet een ander verbindingspad volgen.
Zoals weergegeven in het diagram, realiseert BC-string solderen een serieschakeling van cellen door soldeerribbons in een cyclisch en verspringend patroon tussen twee aangrenzende cellen te gebruiken. Dit verschilt van de lasmethode die wordt gebruikt voor TOPCon-cellen, waarbij de ribbon van de achterkant van de ene cel naar de voorkant van de volgende cel gaat.
Een volledige cel kan worden verdeeld in twee halve cellen, A en B. De elektroden van de A-halve cel en B-halve cel zijn tegenovergesteld aan elkaar gerangschikt. Tijdens het solderen van BC-cel strings wordt de ribbon van de startcel naar de negatieve elektrode van de A-halve cel getrokken en vervolgens afgeknipt. De volgende verbindingslogica wordt dan herhaald:
Van de positieve elektrode van A-halve cel op cel 1 naar de negatieve elektrode van B-halve cel op dezelfde cel
Van de positieve elektrode van B-halve cel op cel 1 naar de negatieve elektrode van A-halve cel op cel 2
Herhaal de bovenstaande cyclus om de celstringverbinding te voltooien
In het gemarkeerde gebied is de ribbon eigenlijk één doorlopende ribbon. Verschillende kleuren worden alleen gebruikt om de relatie tussen positieve en negatieve elektroden gemakkelijker te begrijpen. Het diagram toont duidelijk het cyclische verspringende laspatroon op de BC-cel.
De voltooide celstring laat zien hoe de lasribbons over meerdere BC-cellen zijn gerangschikt. Dit type string vereist nauwkeurige ribbonplaatsing, stabiele spanningscontrole, precieze positionering en een goed begrip van het elektrodepatroon aan de achterzijde.
Het huidige stroomdiagram verklaart verder het serieverbindingsprincipe. Omdat het stroompad aan de achterzijde wordt gevormd door verspringende ribbon routing, stellen BC-stringapparatuur en procesbeheersing hogere eisen dan standaard ribbon-solderen voor traditionele cellen.
Contact en aankoop
Praktische opmerkingen voor BC-moduleproductie
Voor fabrikanten die van plan zijn BC-modules te produceren, is de celstring-sectie een van de belangrijkste procespunten. Het achterzijde-elektrodeontwerp betekent dat conventionele stringlogica niet eenvoudig kan worden gekopieerd. Apparatuur moet nauwkeurige back-contact uitlijning, gecontroleerde ribbon toevoer, stabiele soldeertemperatuur en betrouwbare inspectie na het solderen ondersteunen.
In de productie moeten ingenieurs goed letten op ribbon offset, soldeerverbindingskwaliteit, risico op celbreuk, PAD-punt matching en consistentie van het stroompad. Elke kleine afwijking in het solderen aan de achterzijde kan leiden tot weerstandstoename, vermogensverlies of betrouwbaarheidsproblemen na laminering en langdurig gebruik buitenshuis.
Ooitech's Visie
Als leverancier van apparatuur zien wij het zo: BC-technologie is niet alleen een upgrade van de cel-efficiëntie, maar ook een uitdaging voor de moduleproductie, vooral wat betreft de nauwkeurigheid van het stringsolderen en de besturing van de achterzijde-interconnectie. Voor een productielijn van zonnepanelen is het belangrijk om het stringerontwerp af te stemmen op het werkelijke BC-cel-elektrodepatroon, in plaats van het te behandelen als een aangepast TOPCon- of PERC-proces. Naar onze mening moeten fabrieken die BC-modules evalueren, de soldeerstabiliteit, ribbon routing en EL-prestaties op pilotschaal verifiëren voordat ze overgaan tot massaproductie.
