شرح الخلايا الشمسية BC: الهيكل، الاختلافات، عملية التصنيع ومبدأ لحام الأشرطة
مقدمة المنتج
خلية BC الشمسية، اختصار لـ خلية شمسية ذات اتصال خلفي، هي تقنية خلايا سيليكون بلورية عالية الكفاءة حيث يتم وضع الباعث والحقل الخلفي والأقطاب المعدنية جميعها على الجانب الخلفي للخلية. يُعرف شكلها الأساسي عادةً باسم IBC، أو اتصال خلفي متشابك خلية.
بالمقارنة مع الخلايا السيليكونية البلورية التقليدية، فإن السمة الأكثر وضوحًا لخلايا BC هي عدم وجود خطوط شبكية معدنية على السطح الأمامي. نظرًا لأن الجانب الأمامي خالٍ من تظليل القضبان الناقلة والأصابع، يمكن لمزيد من ضوء الشمس دخول سطح الخلية، مما يقلل الفقد البصري ويزيد مساحة التوليد الفعالة. ولهذا السبب تُستخدم خلايا BC غالبًا للألواح الشمسية عالية الكفاءة وعالية الجمالية.
ما الذي يجعل خلايا BC مختلفة
الفرق الرئيسي بين خلايا BC وخلايا PERC أو TOPCon أو HJT ليس مجرد نوع الرقاقة أو طبقة تخميل واحدة. الفكرة الأساسية لتقنية BC هي هيكلية: يتم نقل تقاطع 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 المخمّل بنفق الأكسيد الخلفي. تعتمد PERC عادةً على تحسين التخميل الخلفي. تستخدم HJT تخميل السيليكون غير المتبلور والتلامس غير المتجانس. أما BC، فتركز على إزالة تظليل القطب الأمامي عن طريق نقل هيكل جمع التيار إلى الخلف.
وبسبب هذا، يمكن أيضًا دمج BC مع تقنيات الخلايا الأخرى. يتم تمثيل تقنية BC النقية عمومًا بواسطة IBC. يمكن لـ TOPCon مع BC تشكيل تقنية TBC؛ ويمكن لـ HJT مع BC تشكيل تقنية HBC. يُعرف HPBC عمومًا بأنه مسار متعلق بـ IBC من النوع P، بينما يشير ABC إلى تقنية التلامس الخلفي الكامل، والتي غالبًا ما تُناقش 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 الوصلة PN والأقطاب المعدنية تقع على الجانب الخلفي للخلية. السطح الأمامي يستخدم بشكل أساسي لامتصاص الضوء والتخميل، بينما يكمل السطح الخلفي فصل الناقلات وجمع التيار من خلال مناطق موجبة وسالبة متشابكة.
| العنصر | الوصف |
|---|---|
| نوع الخلية | خلية شمسية ذات اتصال خلفي |
| المسار التكنولوجي الأساسي | IBC، التلامس الخلفي المتشابك |
| ميزة الجانب الأمامي | لا تظليل من شبكة الخطوط المعدنية الأمامية |
| ميزة الجانب الخلفي | الأقطاب الموجبة والسالبة مرتبة على الجانب الخلفي |
| التصميم الهيكلي الأساسي | الوصلة PN والأقطاب المعدنية منقولة إلى الجانب الخلفي |
| الفائدة الرئيسية | تقليل فقدان التظليل البصري وتحسين مساحة امتصاص الضوء الفعالة |
| المسارات المتوافقة | IBC، TBC، HBC، HPBC، ABC وغيرها من الهياكل القائمة على BC |
| تأثير عملية الوحدة | يتطلب منطق لحام سلاسل مختلف مقارنة بخلايا PERC وTOPCon وHJT |
عملية تصنيع خلية IBC
يمكن تلخيص عملية خلية IBC النموذجية على النحو التالي:
التلميع الكيميائي وإزالة التلف
انتشار أنبوب BBr3
نمو قناع الأكسجين الجاف
طباعة الشاشة لفتح BSF الموضعي
انتشار أنبوب POCl3
التخشين
التخميل على الوجهين
طباعة الشاشة لفتح التلامس الموضعي
طباعة الشاشة 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+. يمكن للمنطقة التي لا تحتوي على القناع المطبوع أن تشكل المنطقة n+ من خلال انتشار الفوسفور.
على الجانب الأمامي، يتم استخدام نسيج هرمي لتعزيز حبس الضوء، بينما يتم تشكيل حقل سطحي أمامي، يُسمى غالبًا FSF، لتحسين الأداء الكهربائي. هذا المزيج من الإدارة البصرية وجمع الناقلات على الجانب الخلفي هو أحد أسباب جاذبية تقنية BC للوحدات المتميزة.
المزايا التقنية
لا تظليل شبكي على الجانب الأمامي
الميزة الأكثر مباشرة لخلايا BC هي أن السطح الأمامي لا يحتوي على خطوط شبكية معدنية. هذا يقلل من فقدان التظليل ويزيد من استخدام الضوء. بالنسبة لمظهر الوحدة، يمكن للسطح الأمامي الأسود بالكامل أو الموحد تقريبًا أن يوفر تأثيرًا بصريًا أنظف، وهو جذاب بشكل خاص في تطبيقات الطاقة الشمسية التجارية والصناعية والمرتبطة بالمباني الموزعة.
إمكانية كفاءة أعلى
نظرًا لأن السطح الأمامي يمكنه استقبال المزيد من الضوء الساقط، فإن خلايا BC تتمتع بميزة 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
BC ليست مقصورة على مسار خلية واحد. يمكنها العمل كهيكل أساسي والجمع مع تقنيات عالية الكفاءة الأخرى. لهذا السبب تناقش الصناعة مسارات مثل TBC و HBC و HPBC و ABC. الاتجاه المشترك هو نفسه: تقليل الفقد البصري، تحسين جمع الناقلات، وزيادة خرج طاقة الوحدة.
تصميم شبكي خاص على الجانب الخلفي
نظرًا لأن كلا القطبين الموجب والسالب يقعان 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 جانبي خلفي 18BB كمثال.
عندما تظهر الأصابع الدقيقة أيضًا، يتم ترتيب الأصابع الموجبة والسالبة بنمط متشابك. يتم أيضًا توزيع مناطق تقاطع PN بطريقة متشابكة مماثلة. تقوم القضبان الرئيسية بجمع التيار عن طريق عبور وتوصيل هيكل الإصبع المقابل.
من صورة خلية BC الحقيقية، يمكننا رؤية ليس فقط خطوط الشبكة على الجانب الخلفي، ولكن أيضًا نقاط PAD على جانبي نصف الخلية. نقاط PAD هذه مهمة للتوصيل الكهربائي وتصميم اللحام، خاصة في هياكل التوصيل عالية الكثافة.
تطبيق المنتج
مبدأ لحام سلسلة خلايا BC
يختلف لحام خلايا BC عن لحام خلايا PERC أو TOPCon التقليدية. بالنسبة للخلايا ذات الشبكات المزدوجة الجوانب الشائعة، عادةً ما يربط الشريط من الجانب الخلفي لخلية إلى الجانب الأمامي للخلية التالية. في خلايا BC، توجد الأقطاب الموجبة والسالبة على الجانب الخلفي، لذا يجب أن يتبع شريط اللحام مسار توصيل مختلفًا.
كما هو موضح في الرسم التخطيطي، يحقق لحام سلسلة BC توصيل الخلايا المتسلسلة باستخدام أشرطة لحام بنمط دوري ومتدرج بين خليتين متجاورتين. يختلف هذا عن طريقة اللحام المستخدمة لخلايا TOPCon، حيث ينتقل الشريط من الجزء الخلفي لخلية إلى الجزء الأمامي من الخلية التالية.
يمكن تقسيم الخلية الكاملة إلى نصفين، A و B. يتم ترتيب أقطاب نصف الخلية A ونصف الخلية B بشكل متعاكس. أثناء لحام سلسلة خلايا BC، يتم سحب الشريط من خلية البداية إلى القطب السالب لنصف الخلية A ثم قطعه. ثم يتم تكرار منطق التوصيل التالي:
من القطب الموجب لنصف الخلية A في الخلية 1 إلى القطب السالب لنصف الخلية B في نفس الخلية
من القطب الموجب لنصف الخلية B في الخلية 1 إلى القطب السالب لنصف الخلية A في الخلية 2
كرر الدورة أعلاه لإكمال توصيل سلسلة الخلايا
في المنطقة المظللة، الشريط هو في الواقع شريط واحد مستمر. يتم استخدام ألوان مختلفة فقط لتسهيل فهم علاقة القطب الموجب والسالبة. يوضح الرسم التخطيطي بوضوح نمط اللحام المتدرج الدوري على خلية BC.
تُظهر سلسلة الخلايا المكتملة كيفية ترتيب أشرطة اللحام عبر خلايا BC متعددة. يتطلب هذا النوع من التوصيل وضعًا دقيقًا للشريط، وتحكمًا ثابتًا في الشد، وتحديدًا دقيقًا للموضع، وفهمًا جيدًا لنمط القطب الخلفي.
يوضح مخطط التدفق الحالي مبدأ التوصيل المتسلسل بشكل أكبر. نظرًا لأن مسار التيار يتشكل على الجانب الخلفي من خلال توجيه الشريط المتداخل، فإن معدات ربط الخلايا BC والتحكم في العملية تكون أكثر تطلبًا من لحام الشريط القياسي للخلايا التقليدية.
الاتصال والشراء
ملاحظات عملية لتصنيع وحدات BC
بالنسبة للمصنعين الذين يخططون لإنتاج وحدات BC، فإن قسم ربط الخلايا هو أحد أهم نقاط العملية. يعني تصميم القطب الكهربائي على الجانب الخلفي أنه لا يمكن ببساطة نسخ منطق الربط التقليدي. يجب أن تدعم المعدات المحاذاة الدقيقة للتلامس الخلفي، وتغذية الشريط المتحكم فيها، ودرجة حرارة اللحام المستقرة، والفحص الموثوق بعد اللحام.
في الإنتاج، يجب على المهندسين الانتباه جيدًا إلى إزاحة الشريط، وجودة وصلة اللحام، وخطر كسر الخلية، ومطابقة نقاط PAD، واتساق مسار التيار. أي انحراف صغير في لحام الجانب الخلفي قد يتسبب في زيادة المقاومة، أو فقدان الطاقة، أو مشاكل في الموثوقية بعد التصفيح والتشغيل الخارجي طويل الأمد.
رؤية Ooitech
كمورد للمعدات، نحن نرى الأمر بهذه الطريقة: تقنية BC ليست مجرد ترقية لكفاءة الخلية، ولكنها أيضًا تحدٍ في تصنيع الوحدات، خاصة في دقة لحام الربط والتحكم في التوصيل البيني للجانب الخلفي. بالنسبة لخط إنتاج الألواح الشمسية، المفتاح هو مطابقة تصميم آلة الربط مع نمط القطب الكهربائي الحقيقي لخلية BC بدلاً من معاملتها كعملية TOPCon أو PERC معدلة. من وجهة نظرنا، يجب على المصانع التي تقيم وحدات BC التحقق من استقرار اللحام، وتوجيه الشريط، وأداء EL على نطاق تجريبي قبل الانتقال إلى الإنتاج الضخم.
