Từ Cell đến Module: Quy trình sản xuất Module năng lượng mặt trời Back-Contact (BC)

Giới thiệu: Tại sao Công nghệ Tiếp xúc Sau đang Định hình lại Ngành Năng lượng Mặt trời

Ngành công nghiệp quang điện đang ở giữa một sự chuyển dịch công nghệ thực sự. PERC thống trị trong nhiều năm, TOPCon nổi lên nhanh chóng, và giờ đây một kiến trúc thứ ba đang thu hút sự chú ý nghiêm túc từ cả nhà sản xuất và nhà phát triển dự án: công nghệ tế bào Tiếp xúc Sau (BC).

Các tế bào tiếp xúc mặt trước thông thường lãng phí một phần ánh sáng mặt trời vì các đường lưới kim loại nằm ngay trên mặt có nắng. Tế bào BC di chuyển mọi tiếp xúc điện ra phía sau. Mặt trước hoàn toàn sạch sẽ. Điều đó có nghĩa là dòng điện ngắn mạch cao hơn, vẻ ngoài đẹp hơn và hiệu suất mô-đun hiện cạnh tranh trực tiếp với các công nghệ chính thống.

Đây là phần khiến BC trở nên thú vị đối với bất kỳ ai vận hành dây chuyền: việc chuyển từ tế bào BC hoàn chỉnh sang mô-đun BC lắp ráp hoàn chỉnh không phải là công việc giống như ngành công nghiệp đã làm trong nhiều thập kỷ. Không có thanh cái phía trước, không có ngón tay phía trước. Một thực tế duy nhất đó thay đổi cách các tế bào được kết nối, cách các chuỗi được xây dựng, cách các dây ribbon được thiết kế và cách bạn thiết lập công thức cán màng của mình.

Blog này hướng dẫn toàn bộ quy trình từ tế bào BC đến mô-đun BC, từng bước một, với các thiết bị liên quan và các bẫy quy trình bạn cần chú ý.

1. Hiểu về Tế bào BC: Sơ lược Nhanh

1.1 Tế bào Tiếp xúc Sau là gì?

Tế bào Tiếp xúc Sau (BC), đôi khi được gọi là Tiếp xúc Sau Xen kẽ (IBC) hoặc tất cả tiếp xúc sau, đặt cả hai tiếp xúc cực phát và cực nền ở mặt sau của đế silicon theo một mô hình xen kẽ. Mặt trước là silicon trần, giúp loại bỏ ba vấn đề cùng một lúc:

• Tổn thất che khuất, thường là 3-5% diện tích tế bào trên các tế bào thông thường

• Tổn thất điện trở liên quan đến các đánh đổi thiết kế lưới phía trước

• Các đường lưới nhìn thấy được, rất quan trọng về mặt thẩm mỹ

Các biến thể BC hàng đầu trong giai đoạn 2024-2025:

Hướng đi rất rõ ràng: BC đang chuyển từ sản phẩm cao cấp ngách sang đối thủ chính thống, được thúc đẩy mạnh mẽ bởi các nhà sản xuất Trung Quốc mở rộng quy mô trong giai đoạn 2024-2025.

1.2 Sự khác biệt quan trọng: Hình học tiếp xúc

Trên tế bào PERC hoặc TOPCon, các thanh cái phía trước (9-16 trên tế bào hiện đại) và ngón tay được giữ càng mỏng càng tốt trong khi vẫn thu dòng điện. Bạn hàn ribbon trực tiếp lên các thanh cái đó. Đơn giản.

Trên tế bào BC, mặt sau mang các dải tiếp xúc loại n và loại p xen kẽ nhau theo mô hình đan xen song song. Chiều rộng, bước và khoảng cách của các dải đó khác nhau đối với mỗi nhà sản xuất và là độc quyền. Chúng cũng quyết định chính xác cách tế bào có thể được kết nối bên trong mô-đun.

2. Quy trình sản xuất mô-đun BC: Từng bước

Dây chuyền mô-đun BC chia sẻ nhiều thiết bị với dây chuyền thông thường, chẳng hạn như máy cán màng, máy gắn dây và trạm đóng khung. Nhưng các bước kết nối và tạo chuỗi thực sự khác biệt. Đây là toàn bộ quy trình:

Bây giờ chúng ta hãy xem xét từng bước.

Bước 1: Kiểm tra và phân loại tế bào đầu vào

Các tế bào BC đến từ nhà máy tế bào dưới dạng góc phần tư, kích thước đầy đủ hoặc cắt đôi, tùy thuộc vào thiết kế mô-đun. Bước đầu tiên phù hợp với bất kỳ dây chuyền mô-đun nào:

• Kiểm tra trực quan các vết nứt nhỏ, sứt mẻ, nhiễm bẩn hoặc biến đổi màu sắc

• Kiểm tra I-V cho Voc, Isc, Pmax và hệ số lấp đầy

• Chụp ảnh điện phát quang (EL) để phát hiện các vết nứt nhỏ, ngón tay bị đứt, shunt hoặc vùng chết

• Phân loại và phân nhóm tế bào theo cấp công suất, thường là các nhóm 1-2.5W, và đối với tế bào BC cũng theo độ đồng đều màu sắc, vì mặt trước trần làm cho bất kỳ sự lệch màu nào rất dễ thấy

Thách thức riêng của BC: không có kim loại phía trước, tính đồng nhất màu sắc là tất cả, đặc biệt là cho khu dân cư và BIPV nơi ngoại hình thúc đẩy doanh số. Nhiều nhà sản xuất BC sử dụng các thùng màu chặt hơn, đôi khi được phân loại tùy chỉnh bằng máy đo màu đọc Lab* values, so với các mô-đun thông thường.

Bước 2: Hàn nối / Kết nối tế bào - Trái tim của Sản xuất Mô-đun BC

Đây là nơi các mô-đun BC khác biệt nhất so với các mô-đun thông thường, và là nơi hầu hết các cải tiến thiết bị gần đây tập trung.

2.1 Thách thức Kết nối

Trên một tế bào thông thường, bạn hàn một dải băng phẳng qua các thanh cái phía trước và gấp nó ra phía sau của tế bào tiếp theo. Hình học dễ dàng.

Trên một tế bào BC, cả hai tiếp điểm dương và âm đều nằm ở mặt sau trong một mô hình xen kẽ. Vì vậy:

• Một dải băng gấp từ trước ra sau đơn giản sẽ không hoạt động

• Kết nối phải bắc cầu qua các dải tiếp điểm phía sau của các tế bào lân cận

• Khoảng cách dải, chiều rộng và căn chỉnh là đặc thù của nhà sản xuất

• Sai lệch trong quá trình nối gây ra tổn thất điện trở nối tiếp hoặc shunt

Hai phương pháp kết nối chiếm ưu thế trong sản xuất hàng loạt hiện nay.

Lựa chọn A: Hàn nối bằng Keo dẫn điện (CA)

Được hỗ trợ bởi các nhà sản xuất như Aiko Solar cho các mô-đun ABC của họ, phương pháp này sử dụng keo dẫn điện (ECA), một loại epoxy chứa bạc, thay vì hàn.

Quy trình:

1. Một máy phân phối chính xác đặt một lượng keo dẫn điện được kiểm soát lên các dải tiếp điểm phía sau

2. Bộ kết nối, một dải băng đồng thiếc phẳng hoặc một mạch in linh hoạt (FPC), được đặt lên keo

3. Cụm lắp ráp được xử lý trong lò nhiệt độ thấp, khoảng 150-180°C trong 1-3 phút, hoặc trong quá trình cán màng

Ưu điểm:

• Xử lý ở nhiệt độ thấp, do đó ít ứng suất nhiệt lên tế bào, điều này quan trọng khi các tấm wafer tiến tới 130 micron và thấp hơn

• Không có tiếp xúc mỏ hàn, do đó ít vết nứt vi mô hơn

• Khả năng bước mịn xuống dưới milimet, phù hợp với mô hình xen kẽ mịn

• Keo đã xử lý vẫn hơi linh hoạt và hấp thụ ứng suất chu kỳ nhiệt tốt hơn so với hàn cứng

Nhược điểm:

• ECA chứa bạc đắt tiền

• Quá trình đóng rắn làm tăng thời gian chu kỳ, mặc dù đóng rắn trực tuyến trong quá trình cán màng giúp ích

• Độ tin cậy lâu dài của mối nối ECA vẫn đang được chứng minh ở quy mô lớn, mặc dù dữ liệu thử nghiệm tăng tốc ban đầu có vẻ tốt

Phương án B: Công nghệ hàn không thanh cái (0BB) / Dây thông minh

Con đường thông thường hơn, được sử dụng bởi các nhà sản xuất như LONGi cho các module dựa trên HPBC, thường với hàn nhiệt độ thấp hoặc phương pháp SmartWire.

Quy trình:

1. Các dây tròn siêu mỏng, khoảng 0,2-0,35mm, hoặc dây dẹt (SmartWire) được đặt sẵn trong khung đỡ

2. Tế bào BC được đặt úp mặt lên, mặt sau lộ ra, lên cụm dây

3. Một thanh nhiệt (hot bar) hoặc sưởi hồng ngoại làm chảy lại chất hàn trên dây để liên kết với các dải phía sau

4. Dây được dẫn đến tế bào tiếp theo

Ý tưởng chính là 0BB, không thanh cái. Thay vì hàn một dải dày qua các thanh cái riêng lẻ, hàng chục dây siêu mỏng chạm trực tiếp vào các ngón tiếp xúc mịn phía sau, do đó không cần thanh cái dày.

Ưu điểm:

• Dựa trên thiết bị hàn hiện có, do đó chi phí đầu tư thấp hơn

• Các mối hàn đã được hiểu rõ, do đó độ tin cậy cao

• Các dây 0BB phù hợp với mô hình xen kẽ

Nhược điểm:

• Cần kiểm soát nhiệt chính xác, quá nhiều nhiệt làm hỏng tế bào mỏng

• Căn chỉnh dây với tiếp xúc là chặt chẽ và quan trọng

• Điện trở nối tiếp cao hơn một chút so với CA trong một số thiết lập

Thiết bị kết nối dây: Thế hệ mới nhất

Tính đến năm 2026-2027, các nhà cung cấp hàng đầu cho kết nối dây BC bao gồm:

Việc kết nối các tế bào BC chậm hơn khoảng 10-15% so với tế bào thông thường do yêu cầu căn chỉnh chặt chẽ hơn, nhưng các nhà cung cấp đang nhanh chóng thu hẹp khoảng cách này.

Bước 3: Bố trí dây và tạo ma trận

Sau khi các dây BC được hình thành, thường là 2xN tế bào cho bố trí cắt nửa, chúng được đưa vào ma trận module:

• Kính đơn (kính/tấm nền) hoặc kính kép (kính/kính), loại sau ngày càng phổ biến cho BC nhắm đến độ tin cậy cao và BIPV

• Các dây được đặt trên lớp encapsulant phía sau theo đúng hướng nối tiếp

• Khoảng cách dây tuân theo kích thước module, ví dụ module 72 tế bào dựa trên M10 có kích thước khoảng 2278 x 1134 mm

Lưu ý riêng cho BC: Tế bào BC đẩy dòng điện cao hơn một chút nhờ không có che khuất phía trước, và không có thanh cái phía trước làm dấu hiệu nhận biết. Do đó, bố trí thường thêm một bước kiểm tra quang học để xác nhận cực tính của tế bào trước khi cán màng. Một tế bào BC bị lật dễ bị bỏ sót hơn so với tế bào tiếp xúc trước có thanh cái rõ ràng.

Bước 4: Hàn thanh cái và kết nối chéo

Sau khi bố trí, các dây ribbon chính kết nối các dây nối tiếp để tăng điện áp.

Đối với module BC:

• Việc gắn ribbon thanh cái tuân theo nguyên tắc tương tự module thông thường, ribbon được hàn vào các pad thanh cái ở cạnh tế bào

• Tế bào BC thường có các pad thanh cái được thiết kế riêng ở các cạnh, rộng hơn các ngón tay đan xen mịn, do đó việc hàn thanh cái vẫn có thể thực hiện được với thiết bị thông thường

• Một số thiết kế BC sử dụng đầu nối dây tích hợp được gắn trong quá trình kết nối dây, có thể bỏ qua bước hàn thanh cái riêng

Xu hướng mới nhất, lai ghép shingled + BC: một số nhà sản xuất đang thử nghiệm BC shingled, cắt tế bào BC thành các dải và chồng lên nhau, do đó không cần ribbon thanh cái riêng. Keo dẫn điện tại mỗi điểm chồng lên nhau tạo kết nối nối tiếp. Vẫn còn hạn chế vào năm 2025, nhưng hứa hẹn cho bố trí mật độ cao.

Bước 5: Xếp lớp (Encapsulant + Kính + Tấm nền/Kính lắp ráp)

Xếp lớp trông giống như module thông thường.

Đối với module BC kính/tấm nền:

1. Tấm encapsulant phía sau, EVA hoặc POE, 0.45-0.5mm, được đặt trên bàn xếp lớp

2. Các dây/ma trận BC được đặt lên trên

3. Tấm encapsulant phía trước được đặt lên trên các tế bào

4. Kính mặt trước, được tôi luyện và phủ AR để truyền sáng tối đa, đặt lên trên cùng

Đối với module BC kính/kính, ngày càng phổ biến:

1. Kính mặt trước, lớp encapsulant mặt trước, ma trận cell, lớp encapsulant mặt sau, kính mặt sau (trong suốt để tăng lợi ích hai mặt hoặc không trong suốt)

Lưu ý về encapsulant dành riêng cho BC:

• POE (Polyolefin Elastomer) được ưu tiên hơn EVA cho BC vì khả năng truyền hơi nước thấp hơn, bảo vệ các tiếp điểm phía sau khỏi ăn mòn do ẩm; khả năng chống PID tốt hơn, điều quan trọng khi toàn bộ kiến trúc điện nằm ở mặt sau; và độ bám dính mạnh hơn với bề mặt kim loại hóa nhẵn ở mặt sau

• Độ đồng đều độ dày encapsulant quan trọng hơn ở đây, vì dòng chảy không đều tạo ra sự khác biệt quang học ở mặt trước, mặt hiển thị của module BC. Encapsulant không đồng nhất có thể để lại các bọt khí hoặc khuyết tật vết nước có thể nhìn thấy trên mặt trước không có busbar

Bước 6: Cán nhiệt

Chồng vật liệu đi vào máy cán nhiệt, có thể nói là máy quan trọng nhất trên bất kỳ dây chuyền module nào.

Một hồ sơ cán nhiệt điển hình cho module BC:

Tổng thời gian chu kỳ: 25-40 phút tùy thuộc vào encapsulant và máy cán nhiệt.

Thách thức cán nhiệt dành riêng cho BC:

1. Bẫy khí tại các tiếp điểm mặt sau. Mô hình ngón tay xen kẽ tạo ra vi địa hình giữ khí trong quá trình cán nhiệt. Các nhà sản xuất hàng đầu sử dụng màng encapsulant có kết cấu hoặc kênh vi mô, đôi khi được gọi là encapsulant thông hơi, để không khí thoát ra dễ dàng hơn trong các giai đoạn chân không.

2. Chất kết dính dẫn điện đóng rắn. Nếu sử dụng CA để tạo dây, quá trình cán ép thực hiện hai nhiệm vụ: bao bọc module và đồng thời đóng rắn chất kết dính. Hồ sơ nhiệt phải đảm bảo chất kết dính đóng rắn hoàn toàn, khoảng 150°C trong hơn 10 phút, mà không làm chín lớp bao bọc.

3. Quản lý độ cong của cell. Các cell BC, đặc biệt là cell mỏng từ 140 micron trở xuống, có thể bị cong nhẹ do ứng suất bất đối xứng từ quá trình kim loại hóa mặt sau. Quá trình cán ép phải hấp thụ độ cong đó mà không làm thay đổi khoảng cách giữa các cell, vì vậy độ nhớt của lớp bao bọc trong quá trình gel hóa được điều chỉnh cẩn thận.

Thiết bị cán ép cho module BC. Các thương hiệu lớn tương tự phục vụ cả dây chuyền thông thường và BC, nhưng máy cán ép tinh chỉnh cho BC mang lại chân không tăng cường (hai giai đoạn xuống <0,5 mbar), độ đồng đều nhiệt độ chặt chẽ hơn (khoảng ±1,5°C trên bàn) và hồ sơ áp suất màng có thể lập trình, từ ép mềm đến ép hoàn toàn.

Bước 7: Cắt tỉa, làm sạch cạnh và đóng khung

Sau khi cán ép, module được:

1. Cắt tỉa cạnh, loại bỏ lớp bao bọc tràn ra ngoài mép kính

2. Mài/vát cạnh để đảm bảo an toàn và giảm điểm ứng suất

3. Gắn khung bằng keo silicone hoặc ghép cơ khí

Đóng khung đặc thù cho BC. Các module BC thường là sản phẩm cao cấp cho mái nhà dân dụng, BIPV và thương mại cao cấp, vì vậy ngoại hình khung quan trọng hơn. Khung màu đen, anodized hoặc sơn, là tiêu chuẩn để giữ vẻ ngoài toàn đen. Một số module BC không khung chỉ dùng keo dán cạnh, đặc biệt cho BIPV. Hồ sơ khung có thể mỏng hơn hoặc sử dụng các mối nối góc sạch hơn để phù hợp với vẻ ngoài tinh tế của cell.

Bước 8: Lắp đặt hộp nối

Hộp nối được gắn ở mặt sau và kết nối với các dải bus.

Đối với module BC, hộp nối dạng thấp, nhỏ gọn được ưa chuộng, một lần nữa vì ngoại hình và phù hợp với BIPV. Một số nhà sản xuất sử dụng thiết kế hộp nối tích hợp với diode bypass được nhúng trong module thay vì trong hộp ngoài. Hàn hoặc uốn các dây dẫn của hộp nối vào đuôi dải bus tương tự như module thông thường, nhưng dây dẫn nên được định tuyến tránh xa bề mặt sau có nhiều tiếp xúc để loại trừ nguy cơ chập.

Bước 9: Đóng rắn và làm mát

Sau khi đóng khung và hộp nối:

• Đóng rắn silicone: 15-30 phút ở nhiệt độ phòng, hoặc nhanh hơn trong hầm khí nóng ở 60-80°C trong 5-10 phút

• Điều nhiệt: một số nhà sản xuất đưa module đã đóng khung qua một đường hầm làm mát có kiểm soát để ổn định chất bao bọc và giảm ứng suất dư trước khi kiểm tra điện

Bước 10: Kiểm tra Flash và Chụp ảnh Điện phát quang (EL)

Cổng chất lượng cuối cùng trước khi đóng gói.

Kiểm tra flash (đường cong I-V). Một bộ mô phỏng mặt trời, thường là loại AAA+ theo IEC 60904-9, phát ra một xung ánh sáng đã hiệu chuẩn (AM1.5G, 1000 W/m2, 25°C) và đọc toàn bộ đường cong I-V: Pmax, Voc, Isc, FF và hiệu suất diện tích module.

Các module BC thường đạt:

• Hiệu suất module 22,5-24,0% cho các định dạng 182mm hoặc 210mm chính thống

• 580-620W cho module cắt nửa 72-cell tiêu chuẩn sử dụng cell M10

Chụp ảnh Điện phát quang (EL). Dòng điện được đưa vào dưới phân cực thuận và một camera hồng ngoại chụp lại ánh sáng phát ra. Các điểm tối chỉ ra vết nứt nhỏ, ngón tiếp xúc hoặc dải tiếp xúc bị đứt, shunt, hoặc cell chết.

Lưu ý EL đặc thù cho BC. EL cho module BC được chụp từ mặt sau, nơi có các tiếp xúc và đường dẫn dòng. Hình ảnh khác với EL cell phía trước, mô hình ngón đan xen hiện rõ và các khuyết tật trông khác. Người vận hành và hệ thống EL dựa trên AI cần thư viện khuyết tật đặc thù cho BC.

Bước 11: Kiểm tra trực quan, Dán nhãn và Đóng gói

Các bước cuối cùng:

• Kiểm tra trực quan các khuyết tật thẩm mỹ, trầy xước kính trước, lỗi khung, tràn keo bịt kín

• Dán nhãn với dữ liệu điện, chứng nhận (IEC 61215, IEC 61730, MCS, UL, v.v.), số sê-ri, ngày sản xuất

• Đóng gói, thường 30-36 module mỗi pallet, có bảo vệ góc, đai và bọc

Vì module BC nằm ở phân khúc cao cấp, các cấp chất lượng thường cao hơn: một số nhà sản xuất thực hiện kiểm tra EL 100% thay vì lấy mẫu, tiêu chuẩn thẩm mỹ khắt khe hơn (không có khuyết tật nhìn thấy trong vùng hoạt động), và bao bì có thể thêm vật liệu có thương hiệu hoặc hướng dẫn lắp đặt cho đối tượng dân cư.

3. Các cân nhắc chính về chất lượng và độ tin cậy cho module BC

4. Tình hình sản xuất mô-đun BC năm 2026-2027

Thị trường mô-đun BC đang mở rộng nhanh chóng:

• LONGi đã tập trung hoàn toàn vào BC (HPBC 2.0) như công nghệ chủ đạo tiếp theo, với mục tiêu công suất đã công bố vượt 50 GW vào cuối năm 2025

• Aiko Solar đã mở rộng ABC lên quy mô nhiều GW, với hiệu suất tế bào sản xuất hàng loạt trên 25,5%

• Tongwei, JinkoSolar và Risen Energy đều đang phát triển các biến thể TBC (lai TOPCon-BC) hoặc BC thuần túy cho sản xuất năm 2025-2026

• Maxeon tiếp tục sản xuất mô-đun IBC cao cấp tại các nhà máy ở Malaysia và Mexico

• Các nhà cung cấp thiết bị như Autowell, SC Solar và Leadmicro đã ra mắt hệ thống stringer và xếp lớp chuyên dụng cho BC

Hiệu suất mô-đun hiện đạt 23,0-24,0% cho mô-đun BC thương mại (silicon tiếp giáp đơn), với các lớp công suất trên 600W ở các dạng yếu tố tiêu chuẩn.

Khoảng cách chi phí giữa mô-đun BC và TOPCon đã thu hẹp xuống còn khoảng 0,05-0,10 nhân dân tệ/Wp, dưới khoảng 0,02 USD/Wp, và nhiều nhà phân tích dự đoán BC sẽ đạt ngang bằng chi phí với TOPCon vào năm 2026-2027 khi mức sử dụng thiết bị tăng và lượng bạc trên mỗi watt tiếp tục giảm.

5. Kết luận: Sản xuất mô-đun BC - Không chỉ là thay đổi tế bào

Xây dựng mô-đun BC không chỉ đơn giản là đặt tế bào BC vào dây chuyền thông thường. Kết nối, lựa chọn encapsulant, công thức cán màng, quy trình kiểm tra và tiêu chuẩn chất lượng đều cần các giải pháp được xây dựng có mục đích, tôn trọng hình dạng và giá trị của tế bào tiếp giáp phía sau.

Mặt tích cực: thiết bị, vật liệu và bí quyết quy trình đang trưởng thành nhanh chóng. Những gì chỉ phục vụ thị trường dân cư cao cấp năm năm trước giờ đây đang nằm ở rìa của việc áp dụng chính thống quy mô GW.

Đối với bất kỳ ai đang cân nhắc con đường BC, lời khuyên rất đơn giản. Hãy hoàn thiện bước kết nối lưới điện trước, đó là nơi chiếm khoảng 80% công việc của quy trình. Làm đúng việc đấu dây, chọn chất bao bọc phù hợp, và phần còn lại của dây chuyền sẽ là sự tiến hóa hơn là cách mạng.

Kỷ nguyên của các mô-đun tiếp xúc sau đã đến.

Quan điểm của Ooitech

Chúng tôi luôn nói với khách hàng điều tương tự khi họ hỏi về dây chuyền BC: toàn bộ trò chơi nằm ở máy hàn dây và chất bao bọc, không phải phần còn lại của dây chuyền. Hãy làm cho việc phân phối CA có độ lặp lại và chọn POE tốt, một dây chuyền mô-đun được xây dựng tốt sẽ xử lý hình học tiếp xúc sau mà không gặp vấn đề gì. Một điều đáng lưu ý, Ooitech chỉ cung cấp dây chuyền lắp ráp mô-đun, không phải sản xuất tế bào, vì vậy một dự án BC sẽ kết hợp thiết bị xếp lớp, cán màng và kiểm tra của chúng tôi với bất kỳ tế bào BC nào bạn mua. Nếu bạn muốn xem quy trình này hoạt động trong một nhà máy thực tế, kênh YouTube của Ooitech tại www.youtube.com/ooitech là nơi tốt để xem cảnh hàn dây và cán màng thực tế.