BC-Solarzellen erklärt: Struktur, Unterschiede
Inhaltsverzeichnis
Kurze Antwort: Eine BC-Solarzelle, kurz für Back-Contact, ist eine hocheffiziente kristalline Siliziumzelle, bei der sich sowohl der positive als auch der negative Kontakt auf der Rückseite befinden. Das Verschieben der Kontakte von der Vorderseite entfernt die Busbar-Abschattung, die eine herkömmliche Zelle in Kauf nimmt, sodass mehr Zellfläche für Licht verfügbar ist, und beseitigt zudem die Notwendigkeit eines vorderen Lötbändchens. Der Preis dafür ist ein dichteres Rückseitenmuster: Da beide Polaritäten auf der Rückseite interdigitalisiert sind, müssen die rückseitige Metallisierung und die Isolation zwischen den beiden Kontaktsätzen viel präziser definiert werden als bei einer TOPCon- oder PERC-Zelle. Diese Rückseitenkomplexität ist der Grund, warum BC-Zellen teurer in der Herstellung und anspruchsvoller zu verschalten sind, und warum die Architektur in den Hocheffizienz-Produktklassen verblieben ist, anstatt in den Volumenmarkt zu wechseln, in dem TOPCon angesiedelt ist.
PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech
Produkteinführung
BC-Solarzelle, kurz für Rückkontakt-Solarzelle, ist eine hocheffiziente kristalline Siliziumzellentechnologie, bei der Emitter, Rückseitenfeld und Metallelektroden alle auf der Rückseite der Zelle platziert sind. Ihre Grundform ist allgemein als IBC bekannt, oder Interdigitated Back Contact -Zelle.
Im Vergleich zu herkömmlichen kristallinen Siliziumzellen ist das auffälligste Merkmal von BC-Zellen, dass auf der Vorderseite keine Metall-Gitterlinien vorhanden sind. Da die Vorderseite frei von Busbar- und Finger-Abschattung ist, kann mehr Sonnenlicht auf die Zelloberfläche gelangen, optische Verluste werden reduziert und die effektive Stromerzeugungsfläche wird vergrößert. Deshalb werden BC-Zellen häufig für hocheffiziente und ästhetisch ansprechende Solarmodule verwendet.
Was BC-Zellen unterscheidet
Der entscheidende Unterschied zwischen BC-Zellen und PERC- TOPCon oder HJT-Zellen ist nicht einfach der Wafertyp oder eine einzelne Passivierungsschicht. Der Kern der BC-Technologie ist struktureller Natur: der PN-Übergang und die Metallelektroden werden auf die Rückseite der Zelle verlegt.
Zum Beispiel wird TOPCon oft im Zusammenhang mit N-Typ-Siliziumsubstraten, Vorderseiten-Passivierung und rückseitigen Tunneloxid-passivierten Kontaktstrukturen diskutiert. PERC basiert normalerweise auf einer Verbesserung der Rückseitenpassivierung. HJT verwendet amorphe Silizium-Passivierung und Heteroübergangskontakt. BC hingegen konzentriert sich darauf, die Abschattung durch die Vorderseitenelektroden zu entfernen, indem die Stromsammlungsstruktur auf die Rückseite verlagert wird.
Aus diesem Grund kann BC auch mit anderen Zelltechnologien kombiniert werden. Die reine BC-Technologie wird allgemein durch IBC repräsentiert. TOPCon plus BC kann die TBC-Technologie bilden; HJT plus BC kann die HBC-Technologie bilden. HPBC ist allgemein als ein P-Typ-IBC-bezogener Ansatz 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 sowohl der PN-Übergang als auch die Metallelektroden auf der Rückseite der Zelle liegen. Die Vorderseite dient hauptsächlich der Lichtabsorption und Passivierung, während die Rückseite die Ladungsträgertrennung und Stromsammlung durch verschränkte positive und negative Bereiche übernimmt.
| Artikel | Beschreibung |
|---|---|
| Zelltyp | Rückkontakt-Solarzelle |
| Grundlegende Technologieroute | IBC, Interdigitated Back Contact |
| Merkmal der Vorderseite | Keine Verschattung durch Metallgitter auf der Vorderseite |
| Merkmal der Rückseite | Positive und negative Elektroden auf der Rückseite angeordnet |
| Kernstrukturdesign | PN-Übergang und Metallelektroden auf die Rückseite verlagert |
| Hauptvorteil | Reduzierter optischer Verschattungsverlust und verbesserte effektive Lichtabsorptionsfläche |
| Kompatible Routen | IBC, TBC, HBC, HPBC, ABC und andere BC-basierte Strukturen |
| Auswirkung auf den Modulprozess | Erfordert eine andere Verschaltungslogik als PERC-, TOPCon- und HJT-Zellen |
IBC-Zellherstellungsprozess
Ein typischer IBC-Zellprozess lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Chemisches Polieren und Schadensentfernung
BBr3-Rohrdiffusion
Trockensauerstoff-Maskenwachstum
Siebdruck für lokale BSF-Öffnung
POCl3-Rohrdiffusion
Texturierung
Doppelseitige Passivierung
Siebdruck für lokale Kontaktöffnung
Siebdruck-Metallisierung
Die Kernherausforderung der BC-Technologie besteht darin, hochwertige p- und n-Bereiche auf der Rückseite der Zelle in einem verschränkten Muster herzustellen. In einem typischen Prozess kann eine borhaltige, verschränkte Diffusionsmaske auf die Rückseite gedruckt werden. Nach der Diffusion dringt Bor in das N-Substrat ein und bildet den p+-Bereich. Der Bereich ohne die gedruckte Maske kann dann durch Phosphordiffusion den n+-Bereich bilden.
Auf der Vorderseite wird Pyramidentexturierung verwendet, um die Lichteinfangung zu verbessern, während ein Frontoberflächenfeld, oft als FSF bezeichnet, gebildet wird, um die elektrische Leistung zu verbessern. Diese Kombination aus optischem Management und Trägersammlung auf der Rückseite ist einer der Gründe, warum die BC-Technologie für Premium-Module attraktiv ist.
Technische Vorteile
Keine Abschattung durch Front-Grid
Der direkteste Vorteil von BC-Zellen ist, dass die Vorderseite keine Metall-Grid-Linie aufweist. Dies reduziert den Abschattungsverlust und erhöht die Lichtnutzung. Für das Modulaussehen kann die vollständig schwarze oder nahezu einheitliche Vorderseite auch einen saubereren visuellen Effekt erzielen, der besonders in verteilten gewerblichen, industriellen und gebäudebezogenen 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 eine einzige Zellroute beschränkt. Es kann als Plattformstruktur fungieren und mit anderen hocheffizienten Technologien kombiniert werden. Aus diesem Grund diskutiert die Branche Routen wie TBC, HBC, HPBC und ABC. Die gemeinsame Richtung ist dieselbe: optische Verluste reduzieren, Trägersammlung verbessern und die Modulleistung erhöhen.
Spezielles Rückseiten-Grid-Design
Da sowohl positive als auch negative Elektroden auf der Rückseite angeordnet sind, unterscheidet sich das Grid-Layout von BC-Zellen erheblich von konventionellen 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 interdigitaler Weise verteilt. Die Hauptbusbars sammeln Strom, indem sie die entsprechende Fingerstruktur kreuzen und verbinden.
Aus dem realen BC-Zellbild können wir nicht nur die Rückseiten-Grid-Linien sehen, 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-Zell-String-Lötprinzip
Das Löten von BC-Zellen unterscheidet sich vom herkömmlichen Löten von PERC- oder TOPCon-Zellen. Bei üblichen Zellen mit Doppelseiten-Gitter wird das Band normalerweise von der Rückseite einer Zelle zur Vorderseite der nächsten Zelle verbunden. Bei BC-Zellen befinden sich sowohl die positive als auch die negative Elektrode auf der Rückseite, sodass das Lötdraht einem anderen Verbindungsweg folgen muss.
Wie im Diagramm gezeigt, realisiert die BC-Verschaltung die Serienverbindung der Zellen, indem Lötdrähte in einem zyklischen und versetzten Muster zwischen zwei benachbarten Zellen verwendet werden. Dies unterscheidet sich von der Schweißmethode für TOPCon-Zellen, bei der das Band von der Rückseite einer Zelle zur Vorderseite der nächsten Zelle verläuft.
Eine volle Zelle kann in zwei Halbzellen, A und B, unterteilt werden. Die Elektroden der A-Halbzelle und der B-Halbzelle sind entgegengesetzt zueinander angeordnet. Beim Löten der BC-Zellenverschaltung wird das Band von der Startzelle zur negativen Elektrode der A-Halbzelle gezogen und dann geschnitten. Die folgende Verbindungslogik wird dann wiederholt:
Von der positiven Elektrode der A-Halbzelle auf Zelle 1 zur negativen Elektrode der B-Halbzelle auf derselben Zelle
Von der positiven Elektrode der B-Halbzelle auf Zelle 1 zur negativen Elektrode der A-Halbzelle auf Zelle 2
Wiederholen Sie den obigen Zyklus, um die Zellenverschaltung abzuschließen
Im hervorgehobenen Bereich ist das Band tatsächlich ein durchgehendes Band. Verschiedene 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.
Die fertige Zellenverschaltung zeigt, wie die Lötdrähte über mehrere BC-Zellen angeordnet sind. Diese Art der Verschaltung erfordert eine präzise Bandplatzierung, stabile Spannungskontrolle, genaue Positionierung und ein gutes Verständnis des Elektrodenmusters auf der Rückseite.
Das Stromflussdiagramm erklärt weiter das Serienverbindungsprinzip. Da der Strompfad auf der Rückseite durch versetzte Bandführung gebildet wird, sind die Anforderungen an die BC-Verschaltungsausrüstung und Prozesskontrolle höher als beim Standardbandlöten für herkömmliche Zellen.
Kontakt und Kauf
Praktische Hinweise für die BC-Modulherstellung
Für Hersteller, die BC-Module produzieren möchten, ist der Zellverschaltungsabschnitt einer der wichtigsten Prozesspunkte. Das Elektrodendesign auf der Rückseite bedeutet, dass herkömmliche Verschaltungslogik nicht einfach übernommen werden kann. Die Ausrüstung muss eine präzise Ausrichtung der Rückkontakte, eine kontrollierte Bandzuführung, eine stabile Löttemperatur und eine zuverlässige Inspektion nach dem Schweißen unterstützen.
In der Produktion sollten Ingenieure besonders auf Bandversatz, Lötstellenqualität, das Risiko von Zellrissen, die Übereinstimmung der PAD-Punkte und die Konsistenz des Strompfads achten. Jede kleine Abweichung beim Löten der Rückseite kann zu erhöhtem Widerstand, Leistungsverlust oder Zuverlässigkeitsproblemen nach der Laminierung und im langfristigen Außenbetrieb führen.
Ooitechs Ansicht
Als Ausrüstungslieferant sehen wir es so: BC-Technologie ist nicht nur eine Effizienzsteigerung der Zelle, sondern auch eine Herausforderung für die Modulfertigung, insbesondere bei der Genauigkeit des Verschaltungslötens und der Kontrolle der Rückseitenverbindung. Für eine Solarpanel-Produktionslinie ist es entscheidend, das Design des Verschalters an das tatsächliche Elektrodenmuster der BC-Zelle anzupassen, anstatt es wie einen modifizierten TOPCon- oder PERC-Prozess zu behandeln. Aus unserer Sicht sollten Fabriken, die BC-Module evaluieren, die Lötstabilität, die Bandführung und die EL-Leistung im Pilotmaßstab verifizieren, bevor sie zur Massenproduktion übergehen.
