Cellules solaires BC expliquées : structure, différences
Table des matières
Réponse rapide : Une cellule solaire BC, abréviation de back-contact, est une cellule en silicium cristallin à haut rendement dont les contacts positif et négatif se trouvent tous deux sur la face arrière. Le fait de déplacer les contacts hors de la face avant supprime l'ombrage des busbars qu'une cellule conventionnelle subit, ce qui libère une plus grande partie de la surface de la cellule pour la lumière, et élimine également le besoin d'un ruban de soudure avant. Le coût est un motif arrière plus dense : comme les deux polarités sont interdigitées au dos, la métallisation arrière et l'isolation entre les deux ensembles de contacts doivent être définies avec beaucoup plus de précision que sur une cellule TOPCon ou PERC. Cette complexité arrière est ce qui rend les cellules BC plus coûteuses à produire et plus exigeantes à assembler en chaîne, et c'est pourquoi cette architecture est restée dans les gammes de produits à haut rendement plutôt que de passer au marché de volume où se situe le TOPCon.
Fabrication de modules PV · par Jerry, Ooitech
Introduction du produit
Cellule solaire BC, abréviation de cellule solaire à contact arrière, est une technologie de cellule en silicium cristallin à haute efficacité où l'émetteur, le champ de surface arrière et les électrodes métalliques sont tous placés sur la face arrière de la cellule. Sa forme de base est généralement connue sous le nom d'IBC, ou cellule à contact arrière interdigité cellule.
Par rapport aux cellules en silicium cristallin conventionnelles, la caractéristique la plus visible des cellules BC est l'absence de lignes de grille métalliques sur la face avant. Comme la face avant est exempte d'ombrage des barres omnibus et des doigts, plus de lumière solaire peut atteindre la surface de la cellule, les pertes optiques sont réduites et la zone de production d'énergie effective est augmentée. C'est pourquoi les cellules BC sont souvent utilisées pour les modules solaires à haute efficacité et à haute esthétique.
Ce qui rend les cellules BC différentes
La principale différence entre les cellules BC et les cellules PERC, TOPCon ou HJT ne réside pas simplement dans le type de plaquette ou dans une seule couche de passivation. L'idée centrale de la technologie BC est structurelle : la jonction PN et les électrodes métalliques sont déplacées vers la face arrière de la cellule.
Par exemple, TOPCon est souvent discuté en relation avec les substrats de silicium de type N, la passivation de la face avant et les structures de contact passivé par oxyde tunnel sur la face arrière. PERC est généralement basé sur l'amélioration de la passivation arrière. HJT utilise la passivation au silicium amorphe et le contact hétérojonction. BC, cependant, se concentre sur l'élimination de l'ombrage des électrodes de la face avant en déplaçant la structure de collecte de courant vers l'arrière.
Pour cette raison, BC peut également être combiné avec d'autres technologies de cellules. La technologie BC pure est généralement représentée par IBC. TOPCon plus BC peut former la technologie TBC ; HJT plus BC peut former la technologie HBC. HPBC est communément connu comme une route liée à l'IBC de type P, tandis que ABC fait référence à la technologie de contact arrière total, souvent discutée avec des concepts de conception de réduction d'argent ou sans argent.
Paramètres techniques
Structure typique d'une cellule BC
En prenant l'IBC comme exemple, le changement structurel le plus important est que la jonction PN et les électrodes métalliques sont toutes deux situées sur la face arrière de la cellule. La face avant est principalement utilisée pour l'absorption de la lumière et la passivation, tandis que la face arrière assure la séparation des porteurs et la collecte du courant grâce à des régions positives et négatives interdigitées.
| Article | Description |
|---|---|
| Type de cellule | cellule solaire à contact arrière |
| Route technologique de base | IBC, contact arrière interdigité |
| Caractéristique de la face avant | Aucune ombrage par grille métallique sur la face avant |
| Caractéristique de la face arrière | Électrodes positives et négatives disposées sur la face arrière |
| Conception structurelle de base | Jonction PN et électrodes métalliques déplacées vers la face arrière |
| Avantage principal | Réduction des pertes par ombrage optique et amélioration de la surface effective d'absorption de la lumière |
| Routes compatibles | IBC, TBC, HBC, HPBC, ABC et autres structures basées sur BC |
| Impact sur le processus des modules | Nécessite une logique de soudure des rubans différente par rapport aux cellules PERC, TOPCon et HJT |
Processus de fabrication des cellules IBC
Un processus typique de cellule IBC peut être résumé comme suit :
Polissage chimique et élimination des dommages
Diffusion en tube BBr3
Croissance de masque à oxygène sec
Sérigraphie pour l'ouverture locale du BSF
Diffusion en tube POCl3
Texturation
Passivation double face
Sérigraphie pour l'ouverture locale du contact
Métallisation par sérigraphie
Le défi principal de la technologie BC est de préparer des régions de type p et de type n de haute qualité sur la face arrière de la cellule selon un motif interdigité. Dans un processus typique, un masque de diffusion interdigité contenant du bore peut être imprimé sur la face arrière. Après diffusion, le bore pénètre dans le substrat de type N et forme la région p+. La zone sans le masque imprimé peut ensuite former la région n+ par diffusion de phosphore.
Sur la face avant, une texturation pyramidale est utilisée pour améliorer le piégeage de la lumière, tandis qu'un champ de surface avant, souvent appelé FSF, est formé pour améliorer les performances électriques. Cette combinaison de gestion optique et de collecte des porteurs côté arrière est l'une des raisons pour lesquelles la technologie BC est attrayante pour les modules premium.
Avantages techniques
Aucune grille métallique sur la face avant
L'avantage le plus direct des cellules BC est que la surface avant ne comporte aucune ligne de grille métallique. Cela réduit la perte d'ombrage et augmente l'utilisation de la lumière. Pour l'apparence du module, la surface avant entièrement noire ou quasi uniforme peut également offrir un effet visuel plus propre, ce qui est particulièrement attrayant dans les applications photovoltaïques distribuées commerciales, industrielles et liées au bâtiment.
Potentiel de rendement plus élevé
Parce que la surface avant peut recevoir plus de lumière incidente, les cellules BC présentent un avantage théorique et pratique en matière de rendement. Combinées à des technologies de passivation avancées telles que TOPCon ou HJT, les structures BC peuvent encore améliorer le rendement de conversion.
Intégration technologique flexible
La technologie BC ne se limite pas à une seule voie de cellule. Elle peut fonctionner comme une structure de plateforme et se combiner avec d'autres technologies à haut rendement. C'est pourquoi l'industrie discute de voies telles que TBC, HBC, HPBC et ABC. La direction commune est la même : réduire la perte optique, améliorer la collecte des porteurs et augmenter la puissance de sortie du module.
Conception spéciale de la grille côté arrière
Étant donné que les électrodes positives et négatives sont situées sur la face arrière, la disposition de la grille des cellules BC est assez différente de celle des cellules conventionnelles. L'exemple suivant utilise des lignes rouges pour les barres omnibus positives et des lignes bleues pour les barres omnibus négatives, en prenant comme exemple une disposition arrière à 18BB.
Lorsque les doigts fins sont également représentés, les doigts positifs et négatifs sont disposés selon un motif interdigité. Les régions de jonction PN sont également réparties de manière similaire en interdigitation. Les barres omnibus principales collectent le courant en croisant et en se connectant à la structure de doigts correspondante.
À partir de l'image réelle de la cellule BC, nous pouvons voir non seulement les lignes de grille côté arrière, mais aussi les points PAD des deux côtés de la demi-cellule. Ces points PAD sont importants pour la connexion électrique et la conception de soudure, en particulier dans les structures d'interconnexion à haute densité.
Application produit
Principe de soudage des chaînes de cellules BC
Le soudage des cellules BC diffère du soudage conventionnel des cellules PERC ou TOPCon. Pour les cellules courantes à grille double face, le ruban relie généralement la face arrière d'une cellule à la face avant de la cellule suivante. Dans les cellules BC, les électrodes positive et négative sont toutes deux sur la face arrière, de sorte que le ruban de soudage doit suivre un chemin de connexion différent.
Comme le montre le schéma, le soudage en chaîne BC réalise la connexion en série des cellules en utilisant des rubans de soudage selon un motif cyclique et décalé entre deux cellules adjacentes. Cela diffère de la méthode de soudage utilisée pour les cellules TOPCon, où le ruban passe de l'arrière d'une cellule à l'avant de la cellule suivante.
Une cellule entière peut être divisée en deux demi-cellules, A et B. Les électrodes de la demi-cellule A et de la demi-cellule B sont disposées de manière opposée. Lors du soudage en chaîne des cellules BC, le ruban de la cellule de départ est tiré vers l'électrode négative de la demi-cellule A puis coupé. La logique de connexion suivante est ensuite répétée :
De l'électrode positive de la demi-cellule A sur la cellule 1 à l'électrode négative de la demi-cellule B sur la même cellule
De l'électrode positive de la demi-cellule B sur la cellule 1 à l'électrode négative de la demi-cellule A sur la cellule 2
Répéter le cycle ci-dessus pour compléter la connexion de la chaîne de cellules
Dans la zone surlignée, le ruban est en réalité un ruban continu. Différentes couleurs sont utilisées uniquement pour faciliter la compréhension de la relation entre les électrodes positive et négative. Le schéma montre clairement le motif de soudure décalé cyclique sur la cellule BC.
La chaîne de cellules terminée montre comment les rubans de soudage sont disposés sur plusieurs cellules BC. Ce type de chaînage nécessite un placement précis des rubans, un contrôle stable de la tension, un positionnement précis et une bonne compréhension du motif des électrodes sur la face arrière.
Le schéma du flux de courant explique davantage le principe de connexion en série. Étant donné que le chemin du courant est formé sur la face arrière grâce à un routage décalé des rubans, l'équipement de chaînage BC et le contrôle du processus sont plus exigeants que le soudage standard des rubans pour les cellules traditionnelles.
Contact et Achat
Notes pratiques pour la fabrication de modules BC
Pour les fabricants qui prévoient de produire des modules BC, la section de mise en série des cellules est l'un des points de processus les plus importants. La conception de l'électrode côté arrière signifie que la logique de mise en série conventionnelle ne peut pas être simplement copiée. L'équipement doit prendre en charge un alignement précis des contacts arrière, une alimentation contrôlée des rubans, une température de soudure stable et une inspection fiable après le soudage.
En production, les ingénieurs doivent porter une attention particulière au décalage des rubans, à la qualité des joints de soudure, au risque de fissuration des cellules, à la correspondance des points PAD et à la cohérence du chemin de courant. Toute petite déviation dans le soudage côté arrière peut entraîner une augmentation de la résistance, une perte de puissance ou des problèmes de fiabilité après la stratification et une exploitation à long terme en extérieur.
Point de vue d'Ooitech
En tant que fournisseur d'équipements, nous voyons les choses ainsi : la technologie BC n'est pas seulement une amélioration de l'efficacité des cellules, mais aussi un défi pour la fabrication des modules, en particulier en ce qui concerne la précision du soudage en série et le contrôle de l'interconnexion côté arrière. Pour une ligne de production de panneaux solaires, l'essentiel est d'adapter la conception de la machine de mise en série au motif réel des électrodes des cellules BC, plutôt que de la traiter comme un processus TOPCon ou PERC modifié. À notre avis, les usines qui évaluent les modules BC devraient vérifier la stabilité du soudage, le routage des rubans et les performances EL à l'échelle pilote avant de passer à la production de masse.
