BC-Solarzellen erklärt: Struktur, Unterschiede, Herstellungsprozess und Lötdrahtprinzip
Inhaltsverzeichnis
Produkteinführung
BC-Solarzelle, kurz für Rückkontakt-Solarzelle, ist eine hocheffiziente kristalline Siliziumzelltechnologie, bei der Emitter, Rückseitenfeld und Metallelektroden alle auf der Rückseite der Zelle platziert sind. Ihre grundlegende Form ist normalerweise als IBC oder Interdigitated Back Contact -Zelle bekannt.
Im Vergleich zu herkömmlichen kristallinen Siliziumzellen ist das auffälligste Merkmal von BC-Zellen, dass auf der Vorderseite keine Metallgitterlinien vorhanden sind. Da die Vorderseite frei von Busbar- und Fingerabschattung ist, kann mehr Sonnenlicht in die Zelloberfläche eindringen, der optische Verlust wird reduziert und die effektive Stromerzeugungsfläche vergrößert. Aus diesem Grund werden BC-Zellen häufig für hocheffiziente und ästhetisch ansprechende Solarmodule verwendet.
Was BC-Zellen anders macht
Der Hauptunterschied zwischen BC-Zellen und PERC-, TOPCon- oder HJT-Zellen liegt nicht einfach im Wafer-Typ oder einer einzelnen Passivierungsschicht. Die Kernidee der BC-Technologie ist strukturell: der PN-Übergang und die Metallelektroden werden auf die Rückseite der Zelle verlegt.
Zum Beispiel wird TOPCon oft in Verbindung mit N-Typ-Siliziumsubstraten, Vorderseiten-Passivierung und rückseitigen Tunneloxid-passivierten Kontaktstrukturen diskutiert. PERC basiert normalerweise auf einer Verbesserung der Rückseiten-Passivierung. HJT verwendet amorphe Silizium-Passivierung und Heteroübergangskontakte. BC hingegen konzentriert sich darauf, die Abschattung durch Vorderseiten-Elektroden zu beseitigen, indem die Stromsammlungsstruktur auf die Rückseite verlagert wird.
Aus diesem Grund kann BC auch mit anderen Zelltechnologien kombiniert werden. Reine BC-Technologie wird im Allgemeinen durch IBC repräsentiert. TOPCon plus BC kann die TBC-Technologie bilden; HJT plus BC kann die HBC-Technologie bilden. HPBC ist allgemein als eine P-Typ IBC-bezogene Route bekannt, während ABC für All Back Contact-Technologie steht, die oft zusammen mit silberreduzierenden oder silberfreien Designkonzepten diskutiert wird.
Technische Parameter
Typische BC-Zellstruktur
Am Beispiel von IBC besteht die wichtigste strukturelle Änderung darin, dass sich sowohl der PN-Übergang als auch die Metallelektroden auf der Rückseite der Zelle befinden. Die Vorderseite dient hauptsächlich der Lichtabsorption und Passivierung, während die Rückseite die Ladungsträgertrennung und Stromsammlung durch ineinandergreifende positive und negative Bereiche abschließt.
| Artikel | Beschreibung |
|---|---|
| Zelltyp | Rückkontakt-Solarzelle |
| Grundlegende Technologieroute | IBC, Interdigitated Back Contact |
| Vorderseitenmerkmal | Keine Abschattung durch Metallgitter auf der Vorderseite |
| Rückseitenmerkmal | Positive und negative Elektroden auf der Rückseite angeordnet |
| Kernstrukturdesign | PN-Übergang und Metallelektroden auf die Rückseite verlegt |
| Hauptvorteil | Reduzierte optische Abschattungsverluste und verbesserte effektive Lichtabsorptionsfläche |
| Kompatible Routen | IBC, TBC, HBC, HPBC, ABC und andere BC-basierte Strukturen |
| Auswirkung auf den Modulprozess | Erfordert eine andere Verschaltungslogik im Vergleich zu PERC-, TOPCon- und HJT-Zellen |
IBC-Zellherstellungsprozess
Ein typischer IBC-Zellprozess kann wie folgt zusammengefasst werden:
Chemisches Polieren und Schadensentfernung
BBr3-Rohrdiffusion
Trockensauerstoff-Maskenwachstum
Siebdruck zur lokalen BSF-Öffnung
POCl3-Rohrdiffusion
Texturierung
Doppelseitige Passivierung
Siebdruck zur lokalen Kontaktöffnung
Siebdruck-Metallisierung
Die Kernherausforderung der BC-Technologie besteht darin, wie man hochwertige p- und n-Bereiche auf der Rückseite der Zelle in einem interdigitalen Muster herstellt. In einem typischen Prozess kann eine bordotierte interdigitale Diffusionsmaske auf die Rückseite gedruckt werden. Nach der Diffusion gelangt Bor in das N-Substrat und bildet den p+-Bereich. Der Bereich ohne die gedruckte Maske kann dann durch Phosphordiffusion den n+-Bereich bilden.
Auf der Vorderseite wird eine Pyramidentextur verwendet, um das Licht einzufangen, während ein Front Surface Field (FSF) gebildet wird, um die elektrische Leistung zu verbessern. Diese Kombination aus optischem Management und rückseitiger Ladungsträgersammlung ist ein Grund, warum die BC-Technologie für Premium-Module attraktiv ist.
Technische Vorteile
Keine Vorderseiten-Gitterabschattung
Der direkteste Vorteil von BC-Zellen ist, dass die Vorderseite keine Metallgitterlinien aufweist. Dies reduziert Abschattungsverluste und erhöht die Lichtausnutzung. Für das Modulaussehen kann die vollständig schwarze oder nahezu einheitliche Vorderseite auch einen saubereren visuellen Effekt erzielen, der besonders in verteilten gewerblichen, industriellen und gebäudeintegrierten PV-Anwendungen attraktiv ist.
Höheres Effizienzpotenzial
Da die Vorderseite mehr einfallendes Licht empfangen kann, haben BC-Zellen einen starken theoretischen und praktischen Effizienzvorteil. In Kombination mit fortschrittlichen Passivierungstechnologien wie TOPCon oder HJT können BC-Strukturen die Umwandlungseffizienz weiter verbessern.
Flexible Technologieintegration
BC ist nicht auf einen einzigen Zellweg beschränkt. Es kann als Plattformstruktur fungieren und mit anderen hocheffizienten Technologien kombiniert werden. Aus diesem Grund diskutiert die Industrie Wege wie TBC, HBC, HPBC und ABC. Die gemeinsame Richtung ist dieselbe: optische Verluste reduzieren, Ladungsträgersammlung verbessern und die Modulleistung erhöhen.
Spezielles rückseitiges Gitterdesign
Da sich sowohl positive als auch negative Elektroden auf der Rückseite befinden, unterscheidet sich das Gitterlayout von BC-Zellen erheblich von herkömmlichen Zellen. Das folgende Beispiel verwendet rote Linien für positive Busbars und blaue Linien für negative Busbars, wobei ein 18BB-Rückseitenlayout als Beispiel dient.
Wenn auch die feinen Finger gezeigt werden, sind die positiven und negativen Finger in einem interdigitalen Muster angeordnet. Die PN-Übergangsbereiche sind ebenfalls in ähnlicher Weise interdigital verteilt. Die Hauptbusbars sammeln Strom, indem sie die entsprechende Fingerstruktur kreuzen und mit ihr verbinden.
Aus dem realen BC-Zellenbild sehen wir nicht nur die Rückseitengitterlinien, sondern auch PAD-Punkte auf beiden Seiten der Halbzelle. Diese PAD-Punkte sind wichtig für die elektrische Verbindung und das Lötdesign, insbesondere bei hochdichten Verbindungsstrukturen.
Produktanwendung
BC-Zellen-String-Lötprinzip
Das Löten von BC-Zellen unterscheidet sich vom herkömmlichen Löten von PERC- oder TOPCon-Zellen. Bei üblichen doppelseitigen Gitterzellen verbindet das Band normalerweise von der Rückseite einer Zelle zur Vorderseite der nächsten Zelle. Bei BC-Zellen befinden sich sowohl positive als auch negative Elektroden auf der Rückseite, sodass das Lötdraht einem anderen Verbindungsweg folgen muss.
Wie im Diagramm gezeigt, realisiert die BC-String-Lötung die Zellenreihenschaltung durch die Verwendung von Lötdrähten in einem zyklischen und versetzten Muster zwischen zwei benachbarten Zellen. Dies unterscheidet sich von der Schweißmethode, die bei TOPCon-Zellen verwendet wird, bei der das Band von der Rückseite einer Zelle zur Vorderseite der nächsten Zelle verläuft.
Eine Vollzelle kann in zwei Halbzellen A und B unterteilt werden. Die Elektroden der Halbzelle A und der Halbzelle B sind einander entgegengesetzt angeordnet. Beim Löten des BC-Zellen-Strings wird das Band von der Startzelle zur negativen Elektrode der Halbzelle A gezogen und dann geschnitten. Die folgende Verbindungslogik wird dann wiederholt:
Von der positiven Elektrode der Halbzelle A auf Zelle 1 zur negativen Elektrode der Halbzelle B auf derselben Zelle
Von der positiven Elektrode der Halbzelle B auf Zelle 1 zur negativen Elektrode der Halbzelle A auf Zelle 2
Wiederholen Sie den obigen Zyklus, um die Zellenstring-Verbindung abzuschließen
Im hervorgehobenen Bereich ist das Band tatsächlich ein durchgehendes Band. Unterschiedliche Farben werden nur verwendet, um die Beziehung zwischen positiver und negativer Elektrode leichter verständlich zu machen. Das Diagramm zeigt deutlich das zyklische versetzte Schweißmuster auf der BC-Zelle.
Der fertige Zellenstring zeigt, wie die Schweißbänder über mehrere BC-Zellen angeordnet sind. Diese Art der String-Verschaltung erfordert eine genaue Bandplatzierung, stabile Spannungskontrolle, präzise Positionierung und ein gutes Verständnis des Rückseiten-Elektrodenmusters.
Das aktuelle Flussdiagramm erläutert das Prinzip der Reihenschaltung weiter. Da der Strompfad auf der Rückseite durch versetzte Bandführung gebildet wird, sind die BC-Verschaltungsausrüstung und Prozesskontrolle anspruchsvoller als das Standard-Löten von Bändern für herkömmliche Zellen.
Kontakt und Kauf
Praktische Hinweise zur Herstellung von BC-Modulen
Für Hersteller, die die Produktion von BC-Modulen planen, ist der Zellenverschaltungsabschnitt einer der wichtigsten Prozesspunkte. Das rückseitige Elektrodendesign bedeutet, dass die herkömmliche Verschaltungslogik nicht einfach übernommen werden kann. Die Ausrüstung muss eine präzise Rückkontaktausrichtung, kontrollierte Bandzuführung, stabile Löttemperatur und zuverlässige Inspektion nach dem Schweißen unterstützen.
In der Produktion sollten Ingenieure besonders auf Bandversatz, Lötstellenqualität, Zellbruchrisiko, PAD-Punktübereinstimmung und Strompfadkonsistenz achten. Jede kleine Abweichung beim rückseitigen Löten kann zu Widerstandserhöhung, Leistungsverlust oder Zuverlässigkeitsproblemen nach der Lamination und im langfristigen Außeneinsatz führen.
Ooitechs Ansicht
Als Ausrüstungslieferant sehen wir es so: Die BC-Technologie ist nicht nur eine Steigerung der Zelleffizienz, sondern auch eine Herausforderung für die Modulherstellung, insbesondere bei der Genauigkeit des Zellenlötens und der rückseitigen Verbindungskontrolle. Für eine Solarpanel-Produktionslinie ist es entscheidend, das Stringer-Design mit dem tatsächlichen BC-Zellenelektrodenmuster abzustimmen, anstatt es wie einen modifizierten TOPCon- oder PERC-Prozess zu behandeln. Aus unserer Sicht sollten Fabriken, die BC-Module evaluieren, die Lötstabilität, Bandführung und EL-Leistung im Pilotmaßstab überprüfen, bevor sie in die Massenproduktion gehen.
