ทำไมเซลล์แสงอาทิตย์แบบ BC จึงมีแนวโน้มที่จะโค้งงอและบิดเบี้ยวมากกว่า

คำตอบสั้น: เซลล์แบบสัมผัสด้านหลังมีแนวโน้มที่จะโค้งงอและบิดเบี้ยวมากกว่าเซลล์แบบสัมผัสด้านหน้ามาก เนื่องจากขั้วไฟฟ้าทั้งสองขั้วอยู่ที่ด้านหลัง ดังนั้นปริมาณโลหะที่ด้านหลังและความเค้นที่เกิดขึ้นจึงไม่สมดุลกับด้านหน้า เมื่อเซลล์เย็นตัวลงหลังการเผา โลหะด้านหลังจะหดตัวต้านกับผิวด้านหน้าที่ไม่มีโลหะเคลือบ ผลลัพธ์คือความโค้งที่สามารถวัดได้ในระดับเศษส่วนของมิลลิเมตรทั่วเซลล์ขนาด 182 มม. หรือ 105 มม. อุณหภูมิในกระบวนการที่เกี่ยวข้อง — ประมาณ 110 °C ในขั้นตอนต่อมา เทียบกับอุณหภูมิอ้างอิงโดยรอบที่ประมาณ 22 °C — เป็นตัวกำหนดว่าการหดตัวที่แตกต่างกันจะสะสมมากน้อยเพียงใด การโค้งงอมีความสำคัญเพราะเซลล์ที่บิดเบี้ยวจะไม่วางราบบนเครื่องร้อยสายหรือในแผ่นลามิเนต ซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่ง ความหนาของวัสดุห่อหุ้มที่ไม่สม่ำเสมอหลังการลามิเนต และในกรณีที่เลวร้ายที่สุดคือรอยแตกขนาดเล็กที่จุดเชื่อมต่อ

การผลิตโมดูล PV · โดย Jerry, Ooitech

การโค้งงอและการบิดเบี้ยวของเซลล์แสงอาทิตย์ BC

ในการแข่งขันที่เข้มข้นระหว่างเส้นทางเทคโนโลยี photovoltaic เซลล์แสงอาทิตย์ BC หรือ back-contact โดดเด่นด้วยการออกแบบที่มีประสิทธิภาพและสะอาดตา โดยไม่มีเส้นกริดโลหะบนพื้นผิวด้านหน้า เซลล์ BC จึงกลายเป็นหนึ่งในทิศทางเทคโนโลยีที่ได้รับการจับตามองมากที่สุดในอุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม เบื้องหลังรูปลักษณ์ที่สะอาดตานั้น มีปัญหาการผลิตที่ยากลำบากซ่อนอยู่: เซลล์ BC มีแนวโน้มที่จะโค้งงอและบิดเบี้ยวได้ง่ายกว่าโดยธรรมชาติ

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมได้ชี้ให้เห็น อิเล็กโทรดทั้งหมดอยู่ที่ด้านหลัง ดังนั้นเซลล์จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปโดยธรรมชาติ ในระหว่างการประกอบโมดูล มีการเติมวัสดุต่างๆ อย่างต่อเนื่องที่ด้านหลัง รวมถึงกาวฉนวน เทปบัดกรีs และครีมบัดกรี เมื่อชั้นเหล่านี้สะสมมากขึ้น ปัญหาการบิดเบี้ยวอาจรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ

แล้วทำไมเซลล์ BC จึงมีแนวโน้มที่จะโค้งงอและบิดเบี้ยวมากกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไป?

1. ความไม่สมมาตรของโครงสร้างสร้างความเสี่ยงต่อการบิดเบี้ยวโดยธรรมชาติ

คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของเซลล์ BC คืออิเล็กโทรดทั้งบวกและลบถูกวางไว้บนพื้นผิวด้านหลัง ไม่มีเส้นกริดโลหะบนด้านหน้า การออกแบบนี้ช่วยเพิ่มการดูดซับแสง แต่ก็ทำให้เกิดจุดอ่อนทางโครงสร้างโดยธรรมชาติ

งานวิจัยระบุว่า เซลล์ BC แสดงการบิดเบี้ยวมากกว่าเซลล์ TOPCon อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมีอิเล็กโทรดกระจายอยู่ทั้งด้านหน้าและด้านหลัง. ภายใต้โครงสร้างด้านหลังที่คล้ายกัน เส้นกริดด้านหน้าสามารถชดเชยการเสียรูปที่เกิดจากการหดตัวที่ด้านหลังได้บางส่วน

เซลล์ BC ไม่มีเส้นกริดด้านหน้าเหล่านี้ ความไม่สมดุลของความเครียดระหว่างพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังทำให้การเสียรูปทรงกระบอกมีแนวโน้มเกิดขึ้นมากขึ้นในระหว่างการผลิตและการใช้งาน

ความไม่สมมาตรของโครงสร้างนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นผลมาจากความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอ คล้ายกับที่ดอกทานตะวันโค้งเข้าหาแสงแดดเนื่องจากอัตราการเจริญเติบโตที่แตกต่างกันระหว่างด้านที่ถูกบังและด้านที่ได้รับแสง ในเซลล์ BC ความเค้นหดตัวที่เกิดจากชั้นต่างๆ ด้านหลังจำนวนมากมีค่ามากกว่าความเค้นด้านหน้าอย่างมาก ทำให้เวเฟอร์โค้งงอตามธรรมชาติ

2. ความไม่สอดคล้องของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างวัสดุด้านหลัง

ต้องใช้ชั้นฟังก์ชันหลายชั้นที่ด้านหลังของเซลล์ BC นอกเหนือจากขั้วไฟฟ้าโลหะทั่วไปแล้ว ยังอาจรวมถึงวัสดุฉนวน ยาประสาน และแถบประสาน ความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างวัสดุเหล่านี้เป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการโก่งงอ

• ความแตกต่างของการขยายตัวระหว่างโลหะและซิลิคอนมีความสำคัญเป็นพิเศษ เงินมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนประมาณเจ็ดเท่าของซิลิคอน ในระหว่างการผลิตเซลล์ ความแตกต่างนี้สามารถสร้างความเค้นจากความร้อนอย่างมากระหว่างชั้นโลหะเงินและซับสเตรตซิลิคอน การโก่งงออาจรุนแรงยิ่งขึ้นหลังจากการพิมพ์ยาประสาน

• วัสดุฉนวนก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน จำเป็นต้องใช้ฉนวนเพื่อแยกขั้วบวกและขั้วลบบนพื้นผิวด้านหลัง แต่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของวัสดุฉนวนแตกต่างจากเวเฟอร์ซิลิคอน หากพื้นที่สัมผัสระหว่างฉนวนกับเซลล์ใหญ่เกินไป การใช้วัสดุจะเพิ่มขึ้นและความเค้นที่เกิดจากความไม่สอดคล้องของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนก็เพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งอาจทำให้เซลล์โก่งงอมากขึ้นและนำไปสู่ความเสี่ยงในกระบวนการ เช่น เซลล์แตก และเซลล์ติดกันหรือทับซ้อนกันระหว่างการจัดการ

3. การบัดกรีด้านเดียวทำให้เกิดความเค้นเชิงกลที่ไม่สมดุล

โมดูล BC มักใช้การบัดกรีด้านเดียว โดยแถบประสานทั้งหมดกระจุกอยู่ที่พื้นผิวด้านหลัง ซึ่งแตกต่างโดยพื้นฐานจากการบัดกรีสองด้านแบบทั่วไป

ตัวอย่างเช่น เมื่อติดแถบประสาน 21 เส้นเข้ากับเซลล์ขนาด 182 มม. × 105 มม. จะเกิดการโก่งงออย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 110°C เป็น 22°C สิ่งนี้เกิดขึ้นไม่ว่าเซลล์จะหนา 0.13 มม. 0.15 มม. หรือ 0.18 มม.

การเสียรูปส่วนใหญ่มาจากความเค้นจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอที่เกิดขึ้นระหว่างการบัดกรี เป็นปัญหาทางโครงสร้างโดยธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อด้านเดียวที่ใช้สำหรับเซลล์ BC

ที่น่ากังวลยิ่งกว่าคือ การเพิ่มความหนาของเซลล์ไม่ได้แก้ปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ. ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าการบัดกรีด้านเดียวสามารถทำให้เกิดการโก่งงอได้สูงถึง 4.9 มม. แม้เมื่อเพิ่มความหนาของเซลล์เป็น 0.18 มม. การโก่งงอก็ลดลงเพียงประมาณ 18% เท่านั้น ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน การโก่งงอสูงสุดที่เกิดจากการบัดกรีสองด้านมีเพียง 0.07 มม.

ซึ่งหมายความว่าการทำให้ได้ระดับการโก่งงอเท่ากับการบัดกรีสองด้านโดยการเพิ่มความหนาของเวเฟอร์เพียงอย่างเดียวจะต้องใช้ความหนามากกว่า 0.18 มม. อย่างมาก ซึ่งจะเพิ่มการใช้ซิลิคอนและต้นทุนวัสดุอย่างมาก

ปัญหานี้อาจดำเนินต่อไปในขั้นตอนการลามิเนต การบิดเบี้ยวแบบไม่สมมาตรที่เกิดจากการบัดกรีด้านเดียวอาจบีบอัด สารห่อหุ้ม รอบขอบเซลล์และบริเวณตรงกลาง สารห่อหุ้มอาจบางลงหรือ bahkan ถูกเจาะ ทำให้เกิดจุดรวมความเค้นเฉพาะที่ซึ่งคุกคามความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความน่าเชื่อถือของโมดูลในระยะยาว

4. เซลล์ที่บางลงและใหญ่ขึ้นทำให้ปัญหาเพิ่มขึ้น

อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงมุ่งมั่นที่จะใช้เวเฟอร์ที่บางลงเพื่อลดต้นทุนซิลิคอน และรูปแบบเซลล์ที่ใหญ่ขึ้นเพื่อเพิ่มกำลังของโมดูล แนวโน้มทั้งสองนี้สามารถทำให้การโก่งงอของเซลล์ BC รุนแรงขึ้น งานวิจัยแสดงให้เห็นว่า การลดความหนาของเซลล์และการเพิ่มขนาดเซลล์ทั้งสองอย่างเพิ่มการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญ.

สำหรับเซลล์ขนาด 210 มม. × 210 มม. การลดความหนาจาก 150 ไมโครเมตรเป็น 70 ไมโครเมตรเพิ่มการโก่งงอที่รายงานจาก 1.69 มม. เป็น 8.25 มม. ซึ่งเพิ่มขึ้นเกือบห้าเท่า

ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความท้าทายที่เกิดจากการลดความหนาของเวเฟอร์ สำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการทั้งประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและต้นทุนที่ต่ำลง การควบคุมการโก่งงอในขณะที่ลดความหนาของซิลิคอนได้กลายเป็นอุปสรรคทางเทคนิคที่ต้องแก้ไข

6. กลยุทธ์การบรรเทาปัญหาและแนวโน้มของอุตสาหกรรม

อุตสาหกรรมกำลังสำรวจหลายวิธีในการจัดการการโก่งงอของเซลล์ BC แนวทางทั่วไป ได้แก่:

• การออกแบบโมดูลแบบครึ่งเซลล์: ขนาดเซลล์ที่เล็กลงสามารถลดความสูงของการโค้งงอโดยรวมได้

• วัสดุและความกว้างของเส้นกริดที่ปรับให้เหมาะสม: การปรับโครงสร้างการทำโลหะสามารถช่วยจัดการความเครียดด้านหลังได้

• การบัดกรีที่อุณหภูมิต่ำ: อุณหภูมิกระบวนการที่ต่ำลงสามารถลดความเครียดจากความร้อนระหว่างการเชื่อมต่อได้

• การกดร้อนด้วยกาวนำไฟฟ้า: วิธีนี้เป็นทางเลือกแทนกระบวนการบัดกรีที่อุณหภูมิสูงแบบดั้งเดิม

• กลไกการแก้ไขด้วยบล็อกแรงดันโค้ง: โครงสร้างการแก้ไขพิเศษสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ tabber และ stringer เพื่อควบคุมรูปร่างของเซลล์ในระหว่างการประมวลผล

การเชื่อมต่อริบบอนบัดกรีอุณหภูมิต่ำ

เอกสารอ้างอิง

• ตงเผิง, งานวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด N แบบ Back-Contact ประสิทธิภาพสูง

• MeCan Solar, พฤติกรรมการโก่งงอและการปรับโครงสร้างเส้นกริดของเซลล์ BC แบบบางขนาดใหญ่

• Solar and Energy Storage Review, รูปลักษณ์ที่น่าดึงดูดของการบัดกรีด้านเดียวไม่สามารถซ่อนการโก่งงอและความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องได้

มุมมองของ Ooitech

การควบคุมการโก่งงอต้องได้รับการจัดการเป็นปัญหากระบวนการโมดูลทั้งหมด ไม่ใช่แค่ปัญหาความหนาของเซลล์ อุณหภูมิการบัดกรี การจัดวางริบบอน การควบคุมแรงดัน การจัดการ และการเคลือบต้องปรับให้สอดคล้องกัน โดยเฉพาะเมื่อใช้เซลล์ BC แบบบางและขนาดใหญ่ การเสียรูปเล็กน้อยที่ไม่ได้รับการควบคุมในขั้นตอนการเชื่อมต่ออาจกลายเป็นปัญหาผลผลิตหรือความน่าเชื่อถือในภายหลังในสายการผลิต