شرح خلايا BC الشمسية: البنية، الفروقات

إجابة سريعة: خلية شمسية BC، اختصارًا لـ back-contact، هي خلية سيليكون بلوري عالية الكفاءة مع وجود كل من التلامسين الموجب والسالب على وجهها الخلفي. نقل التلامسات بعيدًا عن الوجه الأمامي يزيل تظليل قضيب التوصيل الذي تقبله خلية تقليدية، لذا تتوفر مساحة أكبر من الخلية للضوء، كما يزيل الحاجة إلى شريط لحام أمامي. الثمن هو نمط خلفي أكثر كثافة: لأن كلا القطبيتين متشابكتان على الظهر، يجب تحديد المعدنة الخلفية والعزل بين مجموعتي التلامس بدقة أكبر بكثير مما هو عليه في خلية TOPCon أو PERC. هذا التعقيد الخلفي هو ما يجعل خلايا BC أكثر تكلفة في الإنتاج وأكثر تطلبًا في التوصيل، وهو السبب في أن هذه البنية بقيت في فئات المنتجات عالية الكفاءة بدلًا من الانتقال إلى سوق الحجم الكبير حيث توجد TOPCon.

تصنيع وحدات PV · بقلم جيري، Ooitech

مقدمة المنتج

خلية BC الشمسية، اختصارًا لـ خلية التلامس الخلفي الشمسية، هي تقنية خلايا سيليكون بلورية عالية الكفاءة حيث يتم وضع الباعث، والحقل الخلفي السطحي، والأقطاب المعدنية جميعها على الجانب الخلفي للخلية. شكلها الأساسي يُعرف عادةً باسم IBC، أو التلامس الخلفي المتشابك خلية.

بالمقارنة مع الخلايا السيليكونية البلورية التقليدية، فإن السمة الأكثر وضوحًا لخلايا BC هي عدم وجود خطوط شبكة معدنية على السطح الأمامي. نظرًا لأن الجانب الأمامي خالٍ من تظليل البسبار والأصابع، يمكن لمزيد من ضوء الشمس الوصول إلى سطح الخلية، مما يقلل الفقد البصري ويزيد مساحة التوليد الفعالة. لهذا السبب تُستخدم خلايا BC غالبًا في الألواح الشمسية عالية الكفاءة وعالية الجمالية.

ما الذي يجعل خلايا BC مختلفة

الفرق الرئيسي بين خلايا BC و PERC، TOPCon أو خلايا HJT ليس ببساطة نوع الرقاقة أو طبقة تخميل واحدة. الفكرة الأساسية لتقنية BC هي هيكلية: يتم نقل الوصلة PN والأقطاب المعدنية إلى الجانب الخلفي للخلية.

على سبيل المثال، غالبًا ما تُناقش TOPCon فيما يتعلق بركائز السيليكون من النوع N، والتخميل الأمامي، وهياكل التلامس المؤكسد النفقي الخلفي. تعتمد PERC عادةً على تحسين التخميل الخلفي. تستخدم HJT تخميل السيليكون غير المتبلور والتلامس غير المتجانس. أما BC فتركز على إزالة تظليل الأقطاب الأمامية بنقل بنية جمع التيار إلى الخلف.

بسبب هذا، يمكن دمج BC مع تقنيات خلايا أخرى. تقنية BC النقية تُعرف عمومًا بـ IBC. يمكن أن يشكل TOPCon مع BC تقنية TBC؛ وHJT مع BC يمكن أن يشكل تقنية HBC. يُعرف HPBC عادةً كمسار متعلق بـ IBC من النوع P، بينما يشير ABC إلى تقنية التلامس الخلفي الكامل، والتي تُناقش غالبًا مع مفاهيم تقليل الفضة أو التصميم الخالي من الفضة.

المعايير الفنية

هيكل خلية BC النموذجي

بأخذ IBC كمثال، فإن أهم تغيير هيكلي هو أن كلاً من تقاطع PN والأقطاب المعدنية يقعان على الجانب الخلفي للخلية. السطح الأمامي يُستخدم بشكل أساسي لامتصاص الضوء والتخميل، بينما يكمل السطح الخلفي فصل الحاملات وجمع التيار من خلال مناطق موجبة وسالبة متشابكة.

عملية تصنيع خلية IBC

يمكن تلخيص عملية خلية IBC النموذجية على النحو التالي:

1. التلميع الكيميائي وإزالة التلف

2. انتشار أنبوب BBr3

3. نمو قناع الأكسجين الجاف

4. الطباعة بالشاشة لفتح BSF المحلي

5. انتشار أنبوب POCl3

6. التنقير

7. تخميل الجانبين

8. الطباعة بالشاشة لفتح الاتصال المحلي

9. الطباعة بالشاشة للمعدنة

التحدي الأساسي لتقنية BC هو كيفية تحضير مناطق من النوع p والنوع n عالية الجودة على الجزء الخلفي من الخلية بنمط متشابك. في عملية نموذجية، يمكن طباعة قناع انتشار متشابك يحتوي على البورون على الجانب الخلفي. بعد الانتشار، يدخل البورون إلى الركيزة من النوع N ويشكل المنطقة p+. المنطقة بدون القناع المطبوع يمكن أن تشكل المنطقة n+ من خلال انتشار الفوسفور.

في الجانب الأمامي، يُستخدم نسيج هرمي لتعزيز احتجاز الضوء، بينما يتم تشكيل حقل سطحي أمامي، يُسمى غالبًا FSF، لتحسين الأداء الكهربائي. هذا المزيج من الإدارة البصرية وجمع الناقلات في الجانب الخلفي هو أحد الأسباب التي تجعل تقنية BC جذابة للوحدات الفاخرة.

المزايا التقنية

لا تظليل شبكة أمامية

الميزة الأكثر مباشرة لخلايا BC هي أن السطح الأمامي لا يحتوي على خط شبكة معدني. هذا يقلل من فقدان التظليل ويزيد من استخدام الضوء. بالنسبة لمظهر الوحدة، يمكن أن يوفر السطح الأمامي الأسود بالكامل أو شبه الموحد أيضًا تأثيرًا بصريًا أنظف، وهو جذاب بشكل خاص في التطبيقات الكهروضوئية الموزعة التجارية والصناعية والمباني.

إمكانية كفاءة أعلى

نظرًا لأن السطح الأمامي يمكن أن يستقبل ضوءًا ساقطًا أكثر، فإن خلايا BC لديها ميزة كفاءة نظرية وعملية قوية. عند دمجها مع تقنيات التخميل المتقدمة مثل TOPCon أو HJT، يمكن لهياكل BC تحسين كفاءة التحويل بشكل أكبر.

تكامل تقني مرن

لا تقتصر BC على مسار خلية واحد. يمكن أن تعمل كهيكل منصة وتجمع مع تقنيات عالية الكفاءة الأخرى. لهذا السبب تناقش الصناعة مسارات مثل TBC وHBC وHPBC وABC. الاتجاه المشترك هو نفسه: تقليل الفقد البصري، وتحسين جمع الناقلات، ورفع إنتاج طاقة الوحدة.

تصميم شبكة خلفية خاص

نظرًا لأن الأقطاب الموجبة والسالبة تقع على الجانب الخلفي، فإن تخطيط الشبكة لخلايا BC يختلف تمامًا عن الخلايا التقليدية. يستخدم المثال التالي خطوطًا حمراء للقضبان الموجبة وخطوطًا زرقاء للقضبان السالبة، مع أخذ تخطيط خلفي 18BB كمثال.

عندما تظهر الأصابع الدقيقة أيضًا، يتم ترتيب الأصابع الموجبة والسالبة بنمط متشابك. يتم أيضًا توزيع مناطق تقاطع PN بطريقة متشابكة مماثلة. تجمع القضبان الرئيسية التيار عن طريق عبور وتوصيل بنية الأصابع المقابلة.

من صورة خلية BC الحقيقية، يمكننا رؤية ليس فقط خطوط الشبكة الخلفية، ولكن أيضًا نقاط PAD على جانبي نصف الخلية. هذه النقاط PAD مهمة للتوصيل الكهربائي وتصميم اللحام، خاصة في هياكل التوصيل عالية الكثافة.

تطبيق المنتج

مبدأ لحام سلسلة خلايا BC

تختلف عملية لحام خلايا BC عن لحام خلايا PERC أو TOPCon التقليدية. بالنسبة للخلايا ذات الشبكة المزدوجة الشائعة، عادةً ما يتصل الشريط من الجانب الخلفي لخلية واحدة إلى الجانب الأمامي للخلية التالية. في خلايا BC، تكون الأقطاب الموجبة والسالبة على الجانب الخلفي، لذا يجب أن يتبع شريط اللحام مسار اتصال مختلفًا.

كما هو موضح في الرسم التخطيطي، يحقق لحام سلاسل BC توصيل الخلايا على التوالي باستخدام شرائط اللحام بنمط دوري ومتعرج بين خليتين متجاورتين. وهذا يختلف عن طريقة اللحام المستخدمة لخلايا TOPCon، حيث ينتقل الشريط من الجزء الخلفي لخلية واحدة إلى الجزء الأمامي للخلية التالية.

يمكن تقسيم الخلية الكاملة إلى خليتين نصفيتين، A وB. يتم ترتيب أقطاب الخلية النصفية A والخلية النصفية B بشكل متعاكس. أثناء لحام سلسلة خلايا BC، يتم سحب الشريط من الخلية البداية إلى القطب السالب للخلية النصفية A ثم يتم قصه. ثم يتكرر منطق التوصيل التالي:

• من القطب الموجب للخلية النصفية A في الخلية 1 إلى القطب السالب للخلية النصفية B في نفس الخلية

• من القطب الموجب للخلية النصفية B في الخلية 1 إلى القطب السالب للخلية النصفية A في الخلية 2

• كرر الدورة أعلاه لإكمال توصيل سلسلة الخلايا

في المنطقة المميزة، يكون الشريط في الواقع شريطًا واحدًا مستمرًا. تُستخدم الألوان المختلفة فقط لتسهيل فهم العلاقة بين الأقطاب الموجبة والسالبة. يوضح الرسم التخطيطي بوضوح نمط اللحام المتعرج الدوري على خلية BC.

تُظهر سلسلة الخلايا المكتملة كيفية ترتيب شرائط اللحام عبر خلايا BC متعددة. يتطلب هذا النوع من التوصيل وضعًا دقيقًا للشريط، وتحكمًا ثابتًا في الشد، وتحديدًا دقيقًا للموضع، وفهمًا جيدًا لنمط الأقطاب على الجانب الخلفي.

يوضح مخطط تدفق التيار بشكل أكبر مبدأ التوصيل على التوالي. نظرًا لأن مسار التيار يتشكل على الجانب الخلفي من خلال توجيه الشريط المتعرج، فإن معدات وعملية التحكم في توصيل BC تكون أكثر تطلبًا من لحام الشريط القياسي للخلايا التقليدية.

التواصل والشراء

ملاحظات عملية لتصنيع وحدات BC

بالنسبة للمصنعين الذين يخططون لإنتاج وحدات BC، فإن قسم توصيل الخلايا هو أحد أهم نقاط العملية. تصميم القطب الكهربائي على الجانب الخلفي يعني أن منطق التوصيل التقليدي لا يمكن نسخه ببساطة. يجب أن تدعم المعدات محاذاة دقيقة للتلامس الخلفي، وتغذية محكومة للشريط، ودرجة حرارة لحام مستقرة، وفحص موثوق بعد اللحام.

في الإنتاج، يجب على المهندسين إيلاء اهتمام وثيق لإزاحة الشريط، وجودة وصلة اللحام، وخطر تكسير الخلايا، ومطابقة نقاط الوسادة، واتساق مسار التيار. أي انحراف صغير في اللحام على الجانب الخلفي قد يسبب زيادة في المقاومة، أو فقدان الطاقة، أو مشاكل في الموثوقية بعد التصفيح والتشغيل الخارجي طويل الأمد.

رؤية Ooitech

كمورد للمعدات، نرى الأمر بهذه الطريقة: تقنية BC ليست مجرد ترقية لكفاءة الخلايا، بل هي أيضًا تحدي في تصنيع الوحدات، خاصة في دقة لحام التوصيل والتحكم في التوصيل البيني على الجانب الخلفي. بالنسبة لخط إنتاج الألواح الشمسية، المفتاح هو مطابقة تصميم آلة التوصيل مع نمط القطب الكهربائي الفعلي لخلايا BC بدلاً من معاملتها كعملية TOPCon أو PERC معدلة. في رأينا، يجب على المصانع التي تقيّم وحدات BC التحقق من استقرار اللحام، وتوجيه الشريط، وأداء EL على نطاق تجريبي قبل الانتقال إلى الإنتاج الضخم.