BC Güneş Hücreleri Neden Bükülme ve Eğilmeye Daha Yatkındır
İçindekiler
Hızlı yanıt: Arka kontak hücreler, ön kontak hücrelere göre daha fazla eğilme ve çarpılmaya yatkındır çünkü her iki polarite kontağı da arka yüzeyde bulunur; bu nedenle arka metalizasyon hacmi ve yarattığı gerilme, ön yüze karşı dengesizdir. Hücre, fırınlama sonrası soğuduğunda, arka metal, metalize edilmemiş bir ön yüze karşı büzülür ve sonuç, 182 mm veya 105 mm'lik bir hücrede milimetrenin kesirleriyle ölçülebilen bir eğriliktir. İlgili işlem sıcaklıkları — sonraki adımlarda yaklaşık 110 °C'ye karşı ortam referansı yaklaşık 22 °C — ne kadar diferansiyel büzülmenin birikeceğini belirler. Eğilme önemlidir çünkü çarpık bir hücre, stringer üzerinde veya laminat içinde düz durmaz; bu da konumlandırma hatalarına, laminasyon sonrası düzensiz kapsülleyici kalınlığına ve en kötü durumda bağlantı noktasında mikro çatlaklara yol açar.
PV Modül Üretimi · Jerry, Ooitech tarafından
BC Güneş Hücresi Eğilmesi ve Çarpılması
Fotovoltaik teknoloji yolları arasındaki yoğun rekabette, BC (arka kontak) güneş hücreleri verimli ve görsel olarak temiz tasarımlarıyla öne çıkar. Ön yüzeyde metal ızgara çizgileri bulunmayan BC hücreler, sektörün en yakından izlenen teknoloji yönlerinden biri haline gelmiştir.
Ancak bu temiz görünümün arkasında zorlu bir üretim sorunu yatar: BC hücreler doğal olarak eğilmeye ve çarpılmaya daha yatkındır.
Sektör uzmanlarının belirttiği gibi, tüm elektrotlar arka tarafta yer alır, bu nedenle hücre doğası gereği deformasyona eğilimlidir. Modül montajı sırasında, arka tarafa yalıtkan yapıştırıcı, lehim şeridis ve lehim pastası dahil olmak üzere sürekli olarak daha fazla malzeme eklenir. Bu katmanlar biriktikçe, eğilme sorunu giderek daha ciddi hale gelebilir.
Peki, BC hücreler neden geleneksel güneş hücrelerinden daha fazla eğilmeye ve çarpılmaya yatkındır?
1. Yapısal Asimetri Doğal Bir Çarpılma Riski Oluşturur
Bir BC hücresinin en belirgin özelliği, hem pozitif hem negatif elektrotların arka yüzeye yerleştirilmiş olmasıdır. Ön yüzeyde metal ızgara çizgileri yoktur. Bu tasarım ışık emilimini artırır, ancak aynı zamanda doğal bir yapısal zayıflık da getirir.
Araştırmalar, BC hücreleri, elektrotları ön ve arka yüzeylere dağılmış TOPCon hücrelerine kıyasla önemli ölçüde daha fazla eğilme gösterirortaya koymaktadır. Benzer arka yüzey yapıları altında, ön ızgara çizgileri arka taraftaki büzülmenin neden olduğu deformasyonu kısmen dengeleyebilir.
BC hücrelerde bu ön ızgara çizgileri yoktur. Ön ve arka yüzeyler arasındaki ortaya çıkan stres dengesizliği, üretim ve kullanım sırasında silindirik deformasyonu daha olası hale getirir.
Bu yapısal asimetri, temel olarak eşit olmayan gerilimin sonucudur. Bu, bir ayçiçeğinin gölgeli ve aydınlık taraflarındaki farklı büyüme hızları nedeniyle güneş ışığına doğru eğilmesine benzer. Bir BC hücresinde, arka taraftaki çoklu katmanların oluşturduğu büzülme gerilimi, ön taraftaki gerilimden çok daha fazladır ve bu da doğal olarak gofretin bükülmesine neden olur.
2. Arka Taraf Malzemeleri Arasındaki Termal Genleşme Uyumsuzluğu
Bir BC hücresinin arkasına birkaç fonksiyonel katman uygulanmalıdır. Geleneksel metal elektrotlara ek olarak, bunlar yalıtım malzemeleri, lehim pastası ve lehim şeritleri içerebilir. Bu malzemeler arasındaki termal genleşme katsayılarındaki farklılıklar, eğilmenin birincil nedenidir.
Metal ve silikon arasındaki genleşme farkı özellikle önemlidir. Gümüşün termal genleşme katsayısı silikonun yaklaşık yedi katıdır. Hücre üretimi sırasında bu fark, gümüş metalizasyonu ile silikon alt tabaka arasında önemli termal gerilim oluşturabilir. Lehim pastası basıldıktan sonra eğilme daha da şiddetli hale gelebilir.
Yalıtım malzemeleri de önemli bir rol oynar. Arka yüzeydeki pozitif ve negatif elektrotları ayırmak için yalıtım gereklidir, ancak yalıtım malzemesinin termal genleşme katsayısı silikon gofretinkinden farklıdır. Yalıtım ile hücre arasındaki temas alanı çok büyükse, malzeme tüketimi artar ve termal genleşme uyumsuzluğundan kaynaklanan gerilim de artar. Bu, hücre eğilmesini yoğunlaştırabilir ve hücre kırılması, kullanım sırasında hücrelerin yapışması veya üst üste binmesi gibi proses risklerine yol açabilir.
3. Tek Taraflı Lehimleme Dengesiz Mekanik Gerilim Üretir
BC modülleri genellikle tek taraflı lehimleme kullanır ve tüm lehim şeritleri arka yüzeyde yoğunlaşır. Bu, geleneksel çift taraflı lehimlemeden temel olarak farklıdır.
Örneğin, 182 mm × 105 mm'lik bir hücreye 21 lehim şeridi takıldığında, sıcaklık 110°C'den 22°C'ye düştüğünde önemli eğilme meydana gelir. Bu, hücre kalınlığı 0,13 mm, 0,15 mm veya 0,18 mm olsun fark etmez.
Deformasyon esas olarak lehimleme sırasında oluşan eşit olmayan termal gerilimden kaynaklanır. Bu, BC hücreleri için kullanılan tek taraflı bağlantı ile ilişkili doğal bir yapısal sorundur.
Daha endişe verici olan ise hücre kalınlığını artırmanın sorunu etkili bir şekilde çözmemesidir. Simülasyon sonuçları, tek taraflı lehimlemenin 4,9 mm'ye kadar eğilme oluşturabileceğini göstermektedir. Hücre kalınlığı 0,18 mm'ye çıkarıldığında bile eğilme yalnızca yaklaşık %18 azalmaktadır. Aynı koşullar altında, çift taraflı lehimlemenin neden olduğu maksimum eğilme yalnızca 0,07 mm'dir.
| Lehimleme koşulu | Hücre veya proses koşulu | Raporlanan eğilme davranışı |
|---|---|---|
| Tek taraflı lehimleme | 21 şeritli 182 mm × 105 mm hücre | 110°C'den 22°C'ye soğutma sırasında önemli eğilme |
| Tek taraflı lehimleme | 0,13 mm, 0,15 mm veya 0,18 mm hücre kalınlığı | Eğilme her üç kalınlıkta da önemli düzeyde kalır |
| Tek taraflı lehimleme | Simülasyon sonucu | Eğilme 4,9 mm'ye ulaşabilir |
| Tek taraflı lehimleme | Kalınlık 0,18 mm'ye çıkarıldı | Eğilme yalnızca yaklaşık %18 azalır |
| Çift taraflı lehimleme | Aynı karşılaştırma koşulları | Maksimum eğilme yaklaşık 0,07 mm'dir |
Bu, yalnızca gofret kalınlaştırma yoluyla çift taraflı lehimlemenin eğilme seviyesine ulaşmanın 0,18 mm'nin çok ötesinde bir kalınlık gerektireceği anlamına gelir. Bu, silikon tüketimini ve malzeme maliyetlerini önemli ölçüde artırır.
Sorun laminasyona da devam edebilir. Tek taraflı lehimlemeden kaynaklanan asimetrik eğilme, hücre kenarları ve merkez bölgesi çevresindeki kapsülleyici sıkıştırabilir. Kapsülleyici incelabilir ve hatta delinebilir, bu da yapısal bütünlüğü ve uzun vadeli modül güvenilirliğini tehdit eden yerel gerilme yoğunlaşma noktaları oluşturur.
4. Daha İnce ve Daha Büyük Hücreler Sorunu Büyütüyor
Fotovoltaik endüstrisi, silikon maliyetlerini azaltmak için daha ince gofretler ve modül gücünü artırmak için daha büyük hücre formatları aramaya devam ediyor. Her iki eğilim de BC hücre eğilmesini daha şiddetli hale getirebilir. Araştırmalar, hücre kalınlığının azaltılması ve hücre boyutunun artırılmasının deformasyonu önemli ölçüde artırdığını.
210 mm × 210 mm bir hücre için kalınlığın 150 μm'den 70 μm'ye düşürülmesi, raporlanan eğilmeyi 1,69 mm'den 8,25 mm'ye, yani yaklaşık beş kat artırır.
| Hücre boyutu | Hücre kalınlığı | Raporlanan eğilme |
|---|---|---|
| 210 mm × 210 mm | 150 μm | 1,69 mm |
| 210 mm × 210 mm | 70 μm | 8,25 mm |
Bu rakamlar, gofret inceltmenin yarattığı zorluğu açıkça göstermektedir. Hem daha yüksek verimlilik hem de daha düşük maliyet arayan bir sektör için, silikon kalınlığını azaltırken eğilmeyi kontrol etmek, ele alınması gereken teknik bir engel haline gelmiştir.
6. Sektördeki Azaltma Stratejileri ve Görünüm
Sektör, BC hücre eğilmesini yönetmek için halihazırda çeşitli yollar araştırmaktadır. Yaygın yaklaşımlar şunları içerir:
Yarım hücre modül tasarımları: Daha küçük hücre boyutları, mutlak eğilme yüksekliğini azaltabilir.
Optimize edilmiş parmak hat malzemeleri ve genişlikleri: Metalizasyon yapılarının ayarlanması, arka yüzey geriliminin yönetilmesine yardımcı olabilir.
Düşük sıcaklıkta lehimleme: Daha düşük proses sıcaklıkları, bağlantı sırasında termal gerilimi azaltabilir.
İletken yapıştırıcı ile sıcak presleme: Bu, geleneksel yüksek sıcaklıkta lehimleme proseslerine bir alternatif sağlar.
Kavisli basınç bloğu düzeltme mekanizmaları: Tabber ve stringer ekipmanlarına, proses sırasında hücre şeklini kontrol etmek için özel düzeltme yapıları entegre edilebilir.
Düşük Sıcaklıkta Lehim Şeridi Bağlantısı
Referanslar
Dong Peng, Yüksek Verimli N-Tipi Arka Temaslı Güneş Hücresi Prosesleri Üzerine Araştırma
MeCan Solar, Büyük Formatlı İnce BC Hücrelerde Eğilme Davranışı ve Parmak Hat Yapısı Optimizasyonu
Güneş ve Enerji Depolama İncelemesi, Tek Taraflı Lehimlemenin Çekici Görünümü, Eğilmeyi ve İlgili Risklerini Gizleyemez
Ooitech'in Görüşü
Eğilme kontrolü, yalnızca hücre kalınlığı sorunu olarak değil, eksiksiz bir modül prosesi sorunu olarak ele alınmalıdır. Lehimleme sıcaklığı, şerit düzeni, basınç kontrolü, taşıma ve laminasyon, özellikle ince ve büyük formatlı BC hücreler kullanıldığında birlikte ayarlanmalıdır. Bağlantı aşamasında kontrol edilmeyen küçük bir deformasyon, üretim hattının ilerleyen aşamalarında verim veya güvenilirlik sorununa dönüşebilir.
