0BB trên tế bào mặt trời tiếp xúc mặt sau: Lợi ích và giới hạn năng suất

Câu trả lời nhanh: Trên tế bào tiếp xúc mặt sau, cả hai cực đều nằm ở mặt sau, vì vậy dải ribbon thông thường phải chạy dọc theo một làn cực và băng qua làn cực kia để hoàn thành mạch. 0BB loại bỏ hoàn toàn các thanh cái in và liên kết trực tiếp một số lượng lớn dây tròn siêu mảnh lên lưới mịn, giúp rút ngắn đường dẫn dòng điện và loại bỏ kim loại che bóng mặt sau. Cái giá phải trả là về cơ học: số lượng mối nối tăng lên trong khi mỗi mối nối trở nên nhỏ hơn nhiều, và trên bề mặt mặt sau được kim loại hóa hoàn toàn, đó chính là nơi năng suất được quyết định. Lợi ích ở cấp module là có thật, và lý do cửa sổ quy trình hẹp cũng vậy.

Tế bào tiếp xúc mặt sau có câu chuyện quang học rõ ràng. Không có kim loại ở mặt trước, nên không có gì đổ bóng lên silicon, và toàn bộ bề mặt trước được tự do cho lớp phát xạ và lớp phủ chống phản xạ. Đó là lý do một tế bào tiếp xúc mặt sau có thể vượt qua một tế bào tiếp xúc mặt trước cùng thế hệ về hiệu suất chuyển đổi. Tuy nhiên, thiết kế tương tự lại chuyển mọi vấn đề liên kết sang mặt sau, và những vấn đề đó xuất hiện ở module chứ không phải ở tế bào.

Bài viết này nói về sự kết hợp cụ thể đang được đưa vào sản xuất: liên kết 0BB trên tế bào tiếp xúc mặt sau. Đây không phải là phần giới thiệu chung về một trong hai công nghệ. Nếu bạn muốn tìm hiểu cấu trúc tế bào trước, bài giải thích về tế bào tiếp xúc mặt sau của chúng tôi trình bày kiến trúc và nguyên lý hàn chuỗi, và hướng dẫn quy trình module tiếp xúc mặt sau theo cùng tế bào đó đến bước ép laminate. Phần tiếp theo đây là phần tính toán: 0BB thay đổi gì về cách đi dây, lợi ích ở cấp module đến từ đâu, và những gì phải được đảm bảo để dây chuyền chạy đạt năng suất.

Tại sao tế bào tiếp xúc mặt sau cần một phương án đi dây khác

Tế bào tiếp xúc mặt sau xen kẽ hai cực của nó trên bề mặt mặt sau. Các finger của một cực xen kẽ với các finger của cực kia trên toàn bộ mặt sau của tế bào, và mỗi cực được thu gom bởi bộ thanh cái rộng hơn riêng của nó. Bố cục vốn đã là interdigitated theo thiết kế, và hai cực không bao giờ được chạm nhau. Chính ràng buộc duy nhất đó khiến việc liên kết mặt sau khó hơn liên kết mặt trước.

Với ribbon thông thường, một dải ribbon được hàn dọc theo thanh cái của một cực. Vì các thanh cái của cực đối diện nằm giữa chúng, bất kỳ dải ribbon nào phải vươn ngang qua tế bào đều băng qua các làn mà nó không được làm ngắn mạch. Những điểm băng qua đó được xử lý bằng một lớp cách điện, đó là lý do các module tiếp xúc mặt sau mang theo lớp cách điện ở những vị trí mà module tiếp xúc mặt trước hoàn toàn không cần. Chúng tôi đi sâu vào lớp cụ thể đó trong bài viết về tại sao tế bào tiếp xúc mặt sau cần keo cách điện ở mặt sau.

So sánh với tế bào tiếp xúc mặt trước. Ribbon chạy dọc theo thanh cái mặt trước, rời khỏi tế bào, đáp xuống thanh cái mặt sau của tế bào tiếp theo, và công việc hoàn tất. Cách đi dây ngắn, không bao giờ đổi cực giữa tế bào, và hình học lặp lại giống hệt cho mọi tế bào trong mọi chuỗi. Tiếp xúc mặt sau phải trả giá cho lợi thế quang học bằng một đường dẫn dòng điện phức tạp hơn, và sự phức tạp đó là chi phí ở cấp module chứ không phải ở cấp tế bào.

0BB loại bỏ gì và đặt lại gì

0BB loại bỏ các thanh cái in. Tế bào giữ lại lưới mịn và không gì khác, và nhiệm vụ thu gom chuyển sang module: một số lượng lớn dây tròn rất mảnh được liên kết trực tiếp lên các finger trên bề mặt mặt sau. Vì mỗi dây nằm trên một làn finger, nó không bao giờ phải băng sang cực đối diện, nên vấn đề đi dây vốn chi phối bố cục thông thường phần lớn biến mất.

Hai điều thay đổi cùng lúc. Đường dẫn dòng điện trở nên ngắn hơn, vì dòng điện không còn phải đi dọc theo finger đến thanh cái rồi dọc theo thanh cái đến tab ribbon; nó đi vào dây gần nơi nó được tạo ra. Và số lượng mối nối tăng lên, vì mỗi dây giờ liên kết trực tiếp với lưới thay vì được tập trung vào một vài thanh cái rộng. Tế bào tiếp xúc mặt sau cần cả hai cực được thu gom ở cùng một phía, nên số mối liên kết trên một đơn vị diện tích mặt sau cuối cùng cao hơn so với tế bào tiếp xúc mặt trước sử dụng cùng phương pháp 0BB.

Sự kết hợp đó chính là toàn bộ câu chuyện của cặp đôi này. Đó cũng là lý do 0BB trên tế bào tiếp xúc mặt sau không đơn thuần là công thức 0BB mặt trước áp dụng cho một tế bào khác. Hình học ribbon khác, mật độ mối liên kết khác, và tải trọng cơ học đáp xuống một bề mặt vốn đã được phủ hoàn toàn bằng kim loại. Hướng dẫn về cấu trúc và các loại ribbon của chúng tôi trình bày lý do tại sao dây tròn được sử dụng trong cấu hình này, và ba vai trò của ribbon giải thích sự đánh đổi giữa điện trở, độ bền mối nối và che bóng đang được cân bằng lại ở đây.

Phần tính toán ở cấp module

Hiệu suất tế bào và hiệu suất module là hai con số khác nhau, và sự khác biệt giữa chúng là tỷ lệ tế bào trên module. Đơn giản là công suất module chia cho tổng công suất các tế bào đưa vào nó. Mọi thứ xảy ra giữa hai con số đều là tổn thất: diện tích không mang tế bào, ánh sáng bị phản xạ ra khỏi nơi có thể sử dụng, điện trở trong dây dẫn và mối nối, và sự không khớp dòng điện khi các tế bào có công suất khác nhau được đấu nối với nhau.

Tỷ lệ này là một hệ số nhân, khiến phép tính so sánh công nghệ kém trực quan hơn vẻ ngoài của nó. Lợi thế ở cấp tế bào không được giữ nguyên vào module trừ khi tỷ lệ bằng nhau. Ở mức hiệu suất tế bào 25%, một điểm tỷ lệ tế bào trên module đáng giá khoảng một phần tư điểm hiệu suất module. Đặt hai công nghệ cách nhau hơn một điểm ở cấp tế bào, cho công nghệ dẫn đầu một khoản thiếu hụt hai điểm về tỷ lệ module, và lợi thế ở cấp module gần như bị giảm một nửa. Đó là vấn đề tính toán mà tế bào tiếp xúc mặt sau phải đối mặt, và đó là điều 0BB đang được dùng để khắc phục.

Số hạng khoảng trống

Số hạng đơn giản nhất trong phép tính đó là khoảng không gian giữa các tế bào. Khoảng trống không mang silicon, nên nó không đóng góp gì, và chi phí của nó là một phép tính diện tích đơn giản. Lấy tế bào 182 mm và khoảng trống 1,5 mm: khoảng trống là 1,5 ÷ 183,5, tức khoảng 0,82% module. Giảm xuống 0,5 mm và tổn thất giảm xuống khoảng 0,27%, thu hồi được khoảng nửa điểm tỷ lệ. Loại bỏ hoàn toàn và toàn bộ 0,82% được lấy lại.

Một pin mặt trời tiếp xúc mặt sau có vị trí đặc biệt thuận lợi để tận dụng sự phục hồi đó, vì không có kim loại ở mặt trước và do đó không có gì ở mặt trước phải giữ cách xa pin lân cận. Các pin có thể được đưa lại gần nhau hơn so với thiết kế tiếp xúc mặt trước thông thường cho phép. Trên một pin 25%, nửa điểm tỷ lệ đáng giá khoảng 0,13 điểm hiệu suất module, điều này không hề nhỏ khi so sánh giữa hai công nghệ pin chỉ cách nhau chưa đầy một điểm.

Số hạng phía mặt sau

Số hạng thứ hai là kim loại ở mặt sau. Các thanh busbar rộng và dải ribbon dày chặn ánh sáng mà một module hai mặt đang cố gắng thu từ phía sau, và che bóng phía sau làm giảm lợi ích hai mặt tỷ lệ thuận với mức độ chúng che phủ mặt sau. Thay thế một vài thanh busbar rộng bằng nhiều dây mảnh làm giảm đáng kể diện tích bị che phủ đó, và đây chính là nguồn gốc của cải thiện tính hai mặt trong một module tiếp xúc mặt sau 0BB.

Cần nói chính xác về điều này, vì chính những dây cải thiện tính hai mặt cũng che bóng mặt sau. Lợi ích là tương đối: dây tròn mảnh che phủ mặt sau ít hơn nhiều so với các thanh busbar cộng với dải ribbon rộng mà chúng thay thế, nhưng chúng không làm cho mặt sau trở nên trong suốt. Số lượng dây càng tăng, lợi thế đó càng bị tiêu hao. Đây là một trong những lý do các câu hỏi mở ở phần dưới không chỉ mang tính học thuật.

Lợi ích đến từ đâu

Bốn hiệu ứng đóng góp phần lớn. Thứ nhất là đường dẫn dòng điện được rút ngắn: khi bỏ thanh busbar, dòng điện rời khỏi finger vào một dây gần điểm mà nó được thu gom, nên các đoạn finger và busbar từng mang dòng điện không còn trong mạch nữa. Thứ hai là hình học mối nối: nhiều mối nối nhỏ phân bố tải trọng cơ học trên khắp mặt sau thay vì tập trung vào một vài dải hàn rộng, đó là lý do khả năng chống nứt có xu hướng cải thiện ngay cả khi từng mối nối riêng lẻ trở nên yếu hơn.

Thứ ba là sự phục hồi khoảng cách được mô tả ở trên, chỉ có được vì mặt trước của pin tiếp xúc mặt sau không có kim loại cần giữ tách biệt. Thứ tư là bạc. Busbar được in bằng bạc, và việc loại bỏ chúng loại bỏ một phần đáng kể mức tiêu thụ bạc của pin chỉ trong một bước. Đó là điều khiến 0BB và điện cực mặt sau mạ đồng trở thành đối tác tự nhiên thay vì hai dự án riêng biệt, và đây là chủ đề trong so sánh giữa keo bạc ít bạc và mạ đồng. Câu hỏi rộng hơn về việc liệu tiếp xúc mặt sau có phải là nơi đúng để tiêu bạc được đề cập trong bài tiếp xúc mặt sau so với TOPCon.

Rủi ro dịch chuyển về đâu

Về mặt cơ học, một mối hàn chỉ bền bằng diện tích liên kết và vật liệu mà nó liên kết. Một mối nối 0BB trên pin tiếp xúc mặt sau có thể nhỏ hơn một bậc độ lớn về diện tích so với mối nối busbar thông thường, và lực bóc giảm theo diện tích. Đồng thời vật liệu bên dưới thay đổi tính chất: điện cực bạc in hoặc thiêu kết có độ xốp, và lớp phủ ribbon phải hợp kim với nó xuyên qua độ xốp đó thay vì với kim loại đặc. Một mối nối hình thành trên bề mặt gồ ghề, bị oxy hóa một phần bắt đầu với độ bền thấp hơn và suy giảm nhanh hơn dưới chu trình nhiệt.

Có một hiệu ứng thứ hai đặc thù cho pin tiếp xúc mặt sau. Vì cả hai cực đều ở mặt sau, mặt sau được kim loại hóa dày đặc và pin có kim loại phủ phần lớn một mặt. Hàn làm nóng cục bộ mặt đó rồi nguội đi, và sự co giãn khác biệt giữa đồng và silicon tác động lên một tấm wafer đang ngày càng mỏng hơn qua mỗi thế hệ. Kết quả là cong vênh, và cong vênh chính là thứ biến thành các vết nứt vi mô trong quá trình xử lý, nối chuỗi và ép laminate.

Các biện pháp đối phó trong sản xuất đều nhắm vào cùng hai biến số. Một là điện cực: chuyển từ bạc in xốp sang lớp đồng mạ đặc hơn cho mối nối một bề mặt rắn để liên kết, điều này tăng lực bóc và giảm độ phân tán giữa các mối nối. Hai là nhiệt độ: liên kết ở nhiệt độ thấp hơn với lớp phủ nóng chảy thấp hoặc chất kết dính làm giảm biên độ nhiệt, từ đó giảm cong vênh, và cũng phù hợp với các pin có lớp thụ động không thể chịu được quy trình hàn tiêu chuẩn.

Hàng cuối cùng là hàng quyết định liệu phần còn lại của công việc có hiển hiện hay không. Một vết nứt nhỏ tại mối nối không nhất thiết làm thay đổi công suất module tại thời điểm kiểm tra, nên một dây chuyền chỉ kiểm tra công suất sẽ xuất xưởng những module hỏng sau này. Điện phát quang sau nối chuỗi và một lần nữa sau ép laminate là thứ biến một vấn đề mối nối thành một con số, và bài viết của chúng tôi về kiểm tra EL trong dây chuyền và ngoại tuyến đề cập vị trí của từng bước kiểm tra trong dây chuyền.

Cần đo gì trước khi mở rộng quy mô

Vì lợi ích và rủi ro đến cùng nhau, một chương trình tiếp xúc mặt sau 0BB không thể được đánh giá chỉ dựa trên công suất module. Công suất cho bạn biết đường dẫn dòng điện đã được cải thiện; nó không nói gì về việc các mối nối có chịu được một thập kỷ chu trình nhiệt hay không. Các chỉ số quan trọng chia thành ba nhóm, và chúng thường được đo ở các điểm khác nhau trong dây chuyền.

Dòng chứng nhận chất lượng xứng đáng được nhấn mạnh, vì mối nối là bộ phận của module có biên an toàn nhỏ nhất và chịu nhiều tác động nhất. Trình tự độ tin cậy tiêu chuẩn là điểm khởi đầu đúng đắn, và danh sách các thử nghiệm độ tin cậy module của chúng tôi chỉ ra thử nghiệm nào phát hiện chế độ hỏng nào. Đặc biệt, ẩm nhiệt đáng được theo dõi trên kiến trúc này: nó tấn công vào bề mặt giao diện thay vì khối vật liệu, và có nhiều bề mặt giao diện hơn trên mỗi module một khi các thanh busbar đã bị loại bỏ.

Ý nghĩa đối với dây chuyền

Một máy nối chuỗi chạy 0BB trên tế bào tiếp xúc mặt sau đang thực hiện một công việc khác với máy chạy dây ribbon thông thường. Số lượng dây nhiều hơn đáng kể, mỗi dây mảnh hơn, và lực liên kết trên mỗi dây phải giảm xuống trong khi độ chính xác đặt dây phải tăng lên, vì một dây mảnh đặt sai sẽ rơi vào làn ngón tay sai và không đóng góp gì. Năng suất phải đạt được bằng nhiều lần đặt dây hơn thay vì hàn nhanh hơn vài dải ribbon rộng.

Tế bào tiếp xúc mặt sau cũng đòi hỏi thao tác nhẹ nhàng hơn so với tế bào tiếp xúc mặt trước có cùng độ dày. Không có thanh busbar mặt trước để làm cứng tấm wafer, và mặt sau được kim loại hóa hoàn toàn, nên máy phải kiểm soát lực và nhiệt độ chặt chẽ hơn trong quá trình nối chuỗi. Đây là lý do tồn tại các máy nối chuỗi chuyên dụng cho tiếp xúc mặt sau thay vì một nền tảng cấu hình cho mọi loại tế bào. Các trang máy nối chuỗi tiếp xúc mặt sau OSLB-1300 và máy hàn tiếp xúc mặt sau SL-1000 của chúng tôi mô tả hai cách tiếp cận vấn đề đó, và logic lựa chọn chung nằm trong hướng dẫn máy nối tab và nối chuỗi.

của chúng tôi. Máy bussing tự động DH200-Y Sau công đoạn nối chuỗi, có hai điều thay đổi. Cán màng không còn có thể dựa vào các đoạn busbar cứng để giữ các dải ribbon phẳng, nên việc định vị phụ thuộc vào vật liệu đóng gói và bất kỳ chất kết dính nào dùng tại mối nối. Và việc đấu bus phải kết nối số lượng lớn hơn nhiều các dây dẫn mảnh ở đầu chuỗi, đây là một vấn đề cơ học khác với việc hàn một vài dải ribbon rộng; là loại thiết bị xử lý việc đó. Đối với trình tự xung quanh, tổng quan về bố trí trạm và dây chuyền

Điều gì vẫn còn bỏ ngỏ

của chúng tôi cho thấy các bước này nằm ở đâu và những gì phải được cân bằng so với chúng.

Năm câu hỏi đáng được theo dõi, vì câu trả lời sẽ quyết định sự kết hợp này đi được bao xa.

Đầu tiên là hướng của số lượng dây. Nhiều dây hơn rút ngắn đường dẫn ngón tay và cải thiện khả năng chống nứt, nhưng trên module hai mặt, mỗi dây mặt sau thêm vào lại lấy đi một phần lợi ích mặt sau mà việc loại bỏ busbar đã tạo ra. Sự đánh đổi đó ổn định ở đâu phụ thuộc vào lượng bức xạ mặt sau mà công trình thực sự nhận được, đây là câu hỏi về địa điểm cũng như về module.

Thứ hai là mối nối có thể nhỏ đến mức nào. Có một ngưỡng sàn mà dưới đó lực bóc không còn chịu được cán màng và thao tác hiện trường, và ngưỡng sàn phụ thuộc vào điện cực và phương pháp liên kết chứ không phải vào ribbon. Việc tìm ra nó đòi hỏi thử nghiệm phá hủy ở quy mô mà hầu hết dây chuyền không thường xuyên thực hiện.

Thứ ba là thiếc hàn so với chất kết dính. Liên kết bằng chất kết dính loại bỏ hoàn toàn dao động nhiệt, giải quyết vấn đề cong vênh, nhưng nó chuyển câu hỏi về độ bền sang chất kết dính và bề mặt giao diện điện cực, nơi có ít kinh nghiệm thực tế tích lũy hơn.

Thứ tư là phương pháp thử nghiệm. Độ bền mối nối hiện là phép đo bóc ở cấp linh kiện, và không có thử nghiệm cấp module nào được xây dựng quanh một tập hợp mối nối có quy mô như thế này. Do đó, hai dây chuyền dùng cách lấy mẫu khác nhau đều có thể báo cáo mối nối đạt yêu cầu trong khi chênh lệch nhau rất lớn về những gì thực sự đã được kiểm chứng.

Câu hỏi thường gặp

Thứ năm là thời gian. Các mối nối nhỏ có biên độ bền tuyệt đối thấp hơn, nên câu hỏi thú vị không phải là liệu chúng có vượt qua lần chứng nhận ban đầu hay không mà là chúng lão hóa như thế nào. Sự phát triển vết nứt tại một mối nối đo bằng phần mười milimét vuông sau một nghìn chu trình nhiệt là một đường cong khác với đường cong mà ngành đã dùng để chứng nhận suốt hai mươi năm qua.

Tại sao tế bào tiếp xúc mặt trước có thể dùng bố trí ribbon đơn giản hơn tế bào tiếp xúc mặt sau?

Vì hai cực của nó nằm ở hai mặt đối diện. Ribbon chỉ tiếp xúc với một cực ở mặt trước và cực kia ở mặt sau, nên nó không bao giờ phải băng qua vùng có cực đối diện. Trên tế bào tiếp xúc mặt sau, cả hai cực cùng chia sẻ bề mặt sau, nên bất kỳ dây dẫn nào di chuyển ngang qua tế bào đều có nguy cơ làm chập các làn phải giữ tách biệt.

0BB có làm tăng công suất module trên tế bào tiếp xúc mặt sau không?

Nó làm tăng thông qua tính toán ở cấp module chứ không phải qua tế bào. Hiệu suất tế bào không đổi, nhưng tỷ lệ công suất module trên công suất tế bào được cải thiện: đường dẫn dòng ngắn hơn, không có quá trình truyền qua busbar, và khả năng đưa các tế bào lại gần nhau hơn. Đó là lý do lợi ích thể hiện ở module chứ không phải trong bảng hiệu suất tế bào.

Tại sao lực bóc là con số quyết định liệu 0BB có hoạt động không?

Vì đó là phép đo thất bại đầu tiên. Điện trở và tổn thất quang học có thể còn tranh luận; một mối nối bong ra trong quá trình cán màng hoặc tại hiện trường sẽ chấm dứt toàn bộ nỗ lực. Lực bóc giảm khi diện tích liên kết giảm, và 0BB thu nhỏ diện tích liên kết mạnh mẽ, nên toàn bộ thiết kế phải bù lại phần tổn thất đó thông qua điện cực và quy trình liên kết.

Việc loại bỏ các thanh busbar phía sau có luôn cải thiện tính hai mặt không?

Nó cải thiện so với các thanh busbar và dải ribbon rộng đã bị loại bỏ, chứ không phải theo nghĩa tuyệt đối. Các dây thay thế vẫn che bóng mặt sau. Lợi ích ròng phụ thuộc vào mức độ bề mặt sau bị mẫu dây mới che phủ, đó là lý do đường kính dây và số lượng dây là một quyết định về tính hai mặt cũng như về điện.

Chất kết dính dẫn điện có thể thay thế hoàn toàn thiếc hàn không?

Có thể, và nó loại bỏ dao động nhiệt gây cong vênh. Điều nó không loại bỏ là yêu cầu mối nối phải chịu được chu trình nhiệt, độ ẩm và tải cơ học trong suốt tuổi thọ của module. Liên kết bằng chất kết dính chuyển chế độ hỏng từ bề mặt giao diện thiếc hàn sang bề mặt giao diện chất kết dính và điện cực, nơi kinh nghiệm thực tế ngắn hơn.

Ba điều cùng lúc: độ bền mối nối đạt chuẩn với biên độ dư thay vì sát giới hạn, tỷ lệ nứt đo bằng điện phát quang được giữ thấp qua quá trình ép lớp, và một tỷ lệ cấp module thực sự phản ánh khoảng trống và lợi ích mặt sau. Một dây chuyền báo cáo công suất module tốt nhưng chưa đo hai điều còn lại thì mới chỉ kiểm chứng phần dễ nhất của bài toán.

Suy nghĩ cuối cùng

0BB trên tế bào tiếp xúc mặt sau được hiểu rõ nhất như một sự sửa chữa về mặt tính toán. Tế bào thắng ở mặt trước và phải trả giá ở mặt sau, nơi việc đấu nối khó hơn và kim loại phủ diện tích nhiều hơn. Chuyển công việc thu gom từ thanh busbar in sang một số lượng lớn dây mảnh giúp thu hồi một phần khoản trả giá đó, và mức thu hồi đủ lớn để có ý nghĩa khi hai công nghệ tế bào chỉ cách nhau khoảng một điểm.

Chi phí của sự sửa chữa đó tập trung ở các mối nối. Chúng nhỏ hơn, số lượng nhiều hơn hẳn, và nằm trên một bề mặt vốn đã được kim loại hóa hoàn toàn và chịu ứng suất cơ học do nhiệt hàn. Mọi quyết định thực tiễn trong kiến trúc này, từ điện cực mạ đến liên kết nhiệt độ thấp đến điện phát quang trực tuyến, đều tồn tại vì sự tập trung đó. Khi ai đó báo cáo một dây chuyền 0BB tiếp xúc mặt sau là đang hoạt động, con số đáng hỏi không phải là công suất module. Mà là phân bố lực bóc và tỷ lệ nứt đã tạo ra nó.