TOPCon مقابل خلايا BC الشمسية: مقارنة من الخلف
جدول المحتويات
عادةً ما يُناقش الفرق بين TOPCon وBC على واجهة الخلية، حيث يمكن قياسه. لكن معظم مخاطر التصنيع تكمن في الجهة الخلفية، حيث يجب البحث عنها.
تقنية خلايا الطاقة الشمسية · تصنيع الوحدات · بقلم جيري، Ooitech
1. المقارنة، في صورة واحدة
الشكل 1: الجهة الخلفية لخلية TOPCon (يسار) بجانب الجهة الخلفية لخلية BC (يمين). السطح الخلفي لخلية TOPCon حقل متصل وموحّد إلى حد كبير. أما الجزء الخلفي لخلية BC فمنظّم في مناطق أقطاب كهربائية منفصلة.
تُظهر الخلية اليسرى كيف يبدو الهيكل الخلفي التقليدي: حقل عريض ومتساوٍ مع عائلة واحدة من الملامح تمتد عبره. أما الخلية اليمنى فتفعل شيئاً مختلفاً بنيوياً. فكل من القطبين الموجب والسالب يقعان على ذلك السطح الواحد، ولهذا يكون النمط أكثر كثافة وتقسّماً.
هذه الملاحظة الواحدة تفسّر المقايضة التي تلازم خلايا BC في كل مرحلة من مراحل تصنيع الوحدات.
2. لماذا تشتري BC كفاءة الواجهة الأمامية بثنائية الوجه
تنقل BC كلا القطبيتين إلى الخلف. لذلك لا تحمل واجهة الخلية أي قضبان توصيل أو أصابع معدنية، فلا يحجب أي معدن الضوء الوارد ولا تُدفع خسائر تظليل في الواجهة الأمامية. هذا هو مصدر ميزة كفاءة الواجهة الأمامية لخلايا BC، وهي ميزة حقيقية.
لكن الثمن يُدفع في الخلف. لأن كل التمعدن يتركز على سطح واحد، يكون الجزء الخلفي لخلية BC مزدحماً بأصابع وقضبان توصيل دقيقة. تشغل تلك الخطوط المعدنية مساحة كان يمكن أن تجمع الإشعاع من الجهة الخلفية، لذا تجمع وحدة BC ضوءاً أقل من الخلف مقارنة بوحدة TOPCon بالصيغة نفسها. هذا هو السبب البنيوي لكون ثنائية الوجه في BC أقل من ثنائية الوجه في TOPCon، ولا يزيله أي قدر من ضبط العمليات. إنه نتيجة تصميمية، لا عيب.
| TOPCon | BC | |
|---|---|---|
| موضع القطب الكهربائي | قطبيتان متعاكستان على وجهين متعاكسين | كلتا القطبيتين على الوجه الخلفي |
| التظليل الأمامي | الأصابع وقضبان التوصيل تظلل الواجهة الأمامية | لا تمعدن أمامي، فلا تظليل أمامي |
| جمع الضوء من الخلف | الجزء الخلفي خالٍ إلى حد كبير من التمعدن | تمعدن الجزء الخلفي يقلل مساحة الجمع |
| خطوة تصنيع إضافية | لا شيء خاص بعزل القطبية | مادة عازلة بين أقطاب كهربائية متعاكسة القطبية |
3. مشكلة تخطيط الأقطاب الكهربائية
الشكل 2: منظر أقرب للجزء الخلفي لخلية BC. تقع المنطقة المُبرزة حيث تتداخل بنى متعاكسة القطبية على مقربة شديدة، وهو بالضبط الموضع الذي يجب أن يصمد فيه العزل.
في الجزء الخلفي لخلية TOPCon، لا تلتقي القطبيتان أبداً، لأنهما على وجهين مختلفين من الخلية. أما في الجزء الخلفي لخلية BC فهما يتشاركان سطحاً واحداً، مرتّبين في مناطق: أصابع سالبة، وقضبان توصيل سالبة، وأصابع موجبة، وقضبان توصيل موجبة، كلها متشابكة عبر المستوى نفسه.
هذا التجاور هو المشكلة الهندسية. فوجود قطبين متعاكسي القطبية على مسافة قصيرة قد يقصّر الخلية إذا تلامسا يوماً ما، سواء بسبب عيب طباعة، أو تجاوز في اللحام، أو تلوث، أو تلف ميكانيكي أثناء المناولة. المادة العازلة المطبوعة بينهما هي ما يمنع ذلك، مما يجعلها طبقة وظيفية لا إضافة حماية.
نغطي الجانب المتعلق بالمادة والعمليات بالتفصيل في why BC solar cells need insulating glue on the back, بما في ذلك ما يجب أن تفعله الطبقة وكيفية تطبيقها.
4. السؤال الذي لا يستطيع أحد الإجابة عنه باختبار مختبري
بمجرد أن يعتمد العزل على طبقة مطبوعة، يصبح السؤال البديهي هو كم تدوم تلك الطبقة. يمتد ضمان الوحدة 25 عاماً، وبيئة الميدان ليست لطيفة: تقلبات حرارية يومية، وتعرّض مستمر للأشعة فوق البنفسجية، وتسرب رطوبة، ودورات حرارية متكررة، كلها تؤثر على الواجهة نفسها.
يجب أن تبقى طبقة العزل عازلة طوال تلك الفترة بأكملها. لا يمكنها أن تتشقق أو تتطباشر أو تتقشر أو تتدهور إلى مسار موصل. الخلية المصنوعة حديثاً التي تجتاز فحص الاستلام تثبت أن الطبقة طُبقت بشكل صحيح في يوم اختبارها. لكنها لا تثبت شيئاً عن السنة الثانية عشرة.
هذا هو جوهر الجدل حول الموثوقية طويلة الأمد لخلايا BC، وهو جدل مشروع لا انتقاد. ثلاثة متغيرات تحدد النتيجة:
| متغير | لماذا يهم ذلك |
|---|---|
| تركيبة المادة | مقاومة التجوية خاصية كيميائية. قد يفصل بين مورّدين يبيعان "غراء عازل" سنوات في أداء مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والحرارة الرطبة. |
| ضبط الطلاء | يحدد انتظام السماكة ودقة الحواف ما إذا كان العزل متصلاً. الطبعة الرقيقة أو المتقطعة هي قصر كامن. |
| المعالجة | المادة غير المعالجة بالكامل تحتفظ بمكونات تفاعلية وتفقد الالتصاق؛ والمعالجة المفرطة تجعلها هشة. كلاهما يقصّر عمر الميدان. |
هنا يتمايز المورّدون. فالمصنّعون الذين يستخدمون تركيبات عالية المقاومة للتجوية مع ضبط دقيق للطباعة والمعالجة يشترون هامش أمان ضد سؤال الـ25 عاماً. أما المصنّعون الذين يتعاملون مع طبقة العزل كبند تكلفة يجب تقليصه فهم يحملون مخاطرة لن تظهر إلا عندما تكون الوحدات في الميدان وخارج متناول الضمان.
5. ما الذي يغيّره هذا في خط إنتاج الوحدات
بالنسبة لمصنع يجمّع وحدات BC، يغيّر الهيكل الخلفي أربعة أمور على أرض المصنع.
| المنطقة | ما الذي يتغير |
|---|---|
| اللحام الشريطي | كل التوصيلات البينية تهبط على وجه واحد. تصبح تفاوتات الموضع وضبط درجة حرارة اللحام أكثر أهمية، لأن أي تجاوز في اللحام قرب طبقة العزل يُحدث تلفاً غير مرئي بصرياً. |
| الإجهاد الميكانيكي | تسخين وجه واحد للخلية بينما يبقى الوجه الآخر أكثر برودة يؤدي إلى التقوس. تكون شرائط ووحدات BC أكثر حساسية لهذا، وهو ما يتم تناوله في لماذا تتقوس شرائط خلايا BC مثل القارب و لماذا تكون خلايا BC أكثر عرضة للتقوس. |
| الفحص | قد لا يظهر القصر بين الأقطاب المتجاورة كعيب ميكانيكي. يكشف تصوير EL عن النتيجة الكهربائية، ويحتاج إلى قراءة مع معرفة مسار الأقطاب. |
| إمكانية التتبع | لأن نمط الفشل كامن وليس فوريًا، فإن سجلات الاختبار لكل وحدة هي الطريقة الوحيدة للإجابة على مطالبة ميدانية بعد سنوات. |
لا شيء من هذا يجعل BC أصعب في التصنيع من حيث المبدأ. إنه يضيّق نافذة العملية في مواضع محددة وقابلة للتحديد، ويرفع تكلفة عدم الاتساق. لذلك تأثير مباشر على المعدات: الخط الذي يعمل بصيغ BC يحتاج إلى تحكم في اللحام وقدرة فحص بمقاس نافذة أضيق من الخط نفسه عند تشغيل TOPCon.
6. كيفية تقليل المخاطر
أربعة إجراءات عملية، بالترتيب الذي تعطي فيه مردودًا.
- اعتمد مادة العزل، لا المورد. اطلب بيانات الأشعة فوق البنفسجية والحرارة الرطبة على التركيبة المحددة، لا ادعاءً عامًا بـ "مقاومة PID" أو "عازلة". قارن التركيبات عبر النطاق الذي قد تستخدمه، بما في ذلك أي مصدر ثانٍ مخطط له.
- اضبط الطباعة والمعالجة كمعاملات عملية. انتظام السماكة، وتحديد الحواف، وجدول المعالجة تنتمي إلى خطة التحكم في العملية مع الحدود والسجلات، لأن الفشل الذي تمنعه غير مرئي في المحطة.
- افحص كهربائيًا، لا بصريًا فقط. تصوير EL بعد التوصيل وبعد التصفيح، مقترنًا بقياس I-V لكل باركود وحدة، هو ما يحوّل خطرًا كامنًا إلى خطر قابل للكشف. الأسباب التي تجعل EL الأداة الصحيحة موضحة في اختبار EL: الإعداد المباشر مقابل غير المباشر.
- طابق ماكينة التوصيل مع الصيغة. وصلات BC كلها على وجه واحد، لذا فإن تهيئة رأس اللحام والتعامل مع الشريط ومنحنى الحرارة خاصة بالصيغة. لدينا SS-1500B tabber stringer محددة لتغطية خلايا BC وTOPCon وPERC لهذا السبب بالتحديد، وقد سلّمنا قدرة توصيل BC لمصنّعين أوروبيين بما في ذلك مصنّع وحدات بولندي.
7. الأسئلة الشائعة
لماذا تكون ثنائية الوجه في BC أقل من TOPCon؟
لأن كلا القطبين على الوجه الخلفي. تشغل المعدنة الخلفية مساحة كانت ستجمع الإشعاع من الجانب الخلفي، لذا يصل ضوء أقل إلى الخلية من الخلف. تحتفظ TOPCon بالقطبين على وجهين متقابلين، تاركةً الخلف أكثر انفتاحًا. إنها نتيجة هيكلية للتصميم، وليست فرقًا في جودة التصنيع.
ما وظيفة الطبقة العازلة في خلية BC؟
إنها تعزل القطبين الموجب والسالب اللذين يتشاركان السطح الخلفي. بدونها، أي تلامس بين بنيتين متجاورتين متعاكستي القطبية يقصر الخلية. إنها طبقة وظيفية، وليست طلاءً اختياريًا.
هل يمكن إثبات موثوقية تلك الطبقة لمدة 25 عامًا؟
ليس مباشرة. تُظهر الاختبارات المتسارعة وفحص الاستلام أن الطبقة طُبقت ووُصفت بشكل صحيح. أما بقاؤها عازلة لمدة 25 عامًا فيعتمد على التركيبة وانتظام الطباعة والمعالجة، وعلى مدى صمودها تحت الأشعة فوق البنفسجية والرطوبة والدورات الحرارية. لهذا تهم مواصفة المادة وسجلات العملية بقدر ما تهم نتيجة اختبار الاستلام.
هل تحتاج BC معدات مختلفة عن TOPCon؟
ليست آلات مختلفة، بل إعدادات مختلفة وتحكمًا أضيق في مواضع محددة: حرارة اللحام وتهيئة الرأس، والتعامل الذي يتجنب التسخين من جانب واحد، والفحص القادر على كشف عطل كهربائي بلا أثر ميكانيكي مرئي. تغطي منصات توصيل كثيرة كلا الصيغتين عند تهيئتها بشكل صحيح.
هل يؤثر نمط المعدنة الخلفية على فحص EL؟
إنه يغيّر طريقة قراءتك للصورة. القصر أو المنطقة المتقطعة على خلف BC لا يقابل دائمًا عيبًا بصريًا واضحًا، لذا يحتاج المشغل إلى معرفة مسار الأقطاب وشكل الخلف الطبيعي قبل الحكم على أي شذوذ. من المفيد الاحتفاظ بصور مرجعية حسب صيغة الخلية في المحطة.
أي صيغة ينبغي لمصنع وحدات جديد اختيارها؟
يعتمد على مكان تركيب الوحدات. ثنائية الوجه الأعلى في TOPCon تفضّل التركيبات الأرضية والمرتفعة حيث يكون الإشعاع الخلفي ذا معنى. كفاءة الوجه الأمامي في BC تفضّل التطبيقات المحدودة المساحة مثل الأسطح، حيث يهم حشد طاقة أكبر على مساحة سطح ثابتة أكثر من الكسب الخلفي. الإجابة الصحيحة دالة على التركيب، لا على الوحدة وحدها.
أفكار ختامية
تجعل صورة الجانب الخلفي مقايضة BC واضحة بطريقة لا تفعلها ورقة البيانات. نقل كلا القطبين إلى الخلف يشتري كفاءة الوجه الأمامي ويكلف ثنائية الوجه، ويُدخل طبقة عزل مطبوعة لا يمكن إثبات سلوكها طويل الأمد في المختبر. بالنسبة لمصنع وحدات، يعني ذلك ثلاثة أمور يجب إتقانها: اعتماد مادة العزل تحديدًا، وضبط الطباعة والمعالجة كمعاملات عملية مع سجلات، والفحص كهربائيًا ليصبح العطل الكامن مكتشفًا. إذا كنت تهيّئ خطًا لصيغ BC أو TOPCon، أخبرنا بصيغة الخلية ومواصفة الشريط وحجم الوحدة المستهدف، وسنحدد تهيئة التوصيل والفحص حول ذلك.
