Technologia ogniw 0BB: co zmienia usunięcie szyny zbiorczej

Krótka odpowiedź: Szyna zbiorcza przewodzi prąd, a pełni także dwie inne funkcje: daje taśmie szerokie pole lutownicze i stanowi punkt odniesienia do umieszczania, który lokalizuje taśmę. Jej usunięcie jest więc decyzją procesową, a nie decyzją drukarską. 0BB zachowuje palce i zastępuje szynę zbiorczą wieloma cienkimi drutami, mocowanymi za pomocą zatopionej folii, filmu, dozowanego kleju lub miejscowego zgrzewu z klejem. Cztery drogi różnią się głównie tym, co przytrzymuje drut przed laminacją, i ta różnica decyduje o tym, czy wadliwe połączenie można wykryć przed zbudowaniem modułu.

Spójrz na przód konwencjonalnego ogniwa słonecznego, a układ czyta się jak sieć drogowa: cienkie równoległe linie biegnące przez całą szerokość, przecięte kilkoma znacznie szerszymi liniami, z małymi metalowymi poletkami w miejscach, gdzie szerokie linie spotykają się z taśmą. Cienkie linie to palce, szerokie to szyny zbiorcze, a poletka to punkty PAD. Tylko jedna z tych trzech rzeczy jest decyzją drukarską. Pozostałe dwie istnieją, ponieważ coś musi być przylutowane do ogniwa.

To ta część historii 0BB, którą sprowadza się do jednego zdania o paście srebrowej. Usunięcie szyny zbiorczej rzeczywiście zmniejsza zużycie srebra, a liczba jest wystarczająco duża, by mieć znaczenie. Ale szyna zbiorcza pełniła też funkcję mechaniczną: była płaską, szeroką, tolerancyjną powierzchnią, na którą można było przylutować taśmę, oraz metalową krawędzią, która wskazywała stringerowi, gdzie należy taśma. Usuń ją, a obie funkcje trzeba odtworzyć za pomocą czegoś innego.

Poniżej przedstawiono widok od strony ogniwa i od strony linii tego odtworzenia. Jeśli interesuje Cię wersja z kontaktami tylnymi, w której obie polaryzacje znajdują się z tyłu, a trasowanie drutów musi się zmienić, zanim zmieni się liczba drutów, to jest to osobny artykuł: 0BB na ogniwach z kontaktami tylnymi.

Co faktycznie robi szyna zbiorcza

Trzy funkcje, a tylko pierwsza jest elektryczna.

Pierwsza to zbieranie. Palec jest celowo cienki, ponieważ każdy mikrometr metalu z przodu zacienia ogniwo, a cienki metal ma opór. Palec nie może przewodzić swojego prądu aż do krawędzi ogniwa bez utraty mierzalnej jego części, więc przekazuje prąd znacznie szerszemu przewodnikowi biegnącemu prostopadle do niego. To jest szyna zbiorcza: niski opór, krótka droga, jedno złącze na palec.

Druga to pole lutownicze. Lutowanie wymaga powierzchni. Połączenie jest tak mocne, jak metal, na którym jest utworzone, a taśma przylutowana do linii o szerokości palca miałaby prawie zerową wytrzymałość na odrywanie. Szyna zbiorcza to miejsce, w którym ląduje taśma, a PAD to pogrubione poletko w jej obrębie, które przenosi połączenie i rozkłada obciążenie mechaniczne taśmy rozszerzającej się i kurczącej wraz z temperaturą.

Trzecia to lokalizacja. Podczas stringowania taśmę trzeba umieścić z dokładnością do ułamka milimetra. Szyna zbiorcza jest tym, do czego wyrównuje maszyna i operator: widocznym pasem metalu o znanej szerokości, znajdującym się pod taśmą. Toleruje niewielkie przesunięcia, ponieważ jest znacznie szersza niż taśma. To funkcja, o której zapomina się w dyskusjach o redukcji srebra, i to ta, którą trzeba zastąpić materiałem eksploatacyjnym lub krokiem procesowym.

Co usuwa 0BB, a czego nie

Zero busbar oznacza dokładnie to: nadrukowana szyna zbiorcza znika, a wraz z nią skupisko PAD, które na niej leżało. Palce pozostają. Muszą: to one zbierają prąd z krzemu i żaden schemat wzajemnego połączenia ich nie usuwa.

W ich miejsce pojawia się zestaw bardzo cienkich okrągłych drutów, zazwyczaj ponad dwudziestu na ogniwo, biegnących w tym samym kierunku, w którym biegły szyny zbiorcze. Każdy drut przecina palce, zamiast zbierać prąd w jednym punkcie, a każde przecięcie to złącze. Ogniwo, które miało kiedyś kilka dużych złączy lutowanych, ma teraz kilkaset małych.

Z tego jednego podstawienia wynika kilka konsekwencji, które ujawniają się w różnych miejscach:

• Zacienienie maleje, ponieważ dwadzieścia cienkich drutów zajmuje mniejszą powierzchnię niż trzy lub cztery szerokie szyny zbiorcze, a okrągły drut odbija część przechwyconego światła z powrotem do szkła.
• Opór szeregowy maleje, ponieważ prąd w każdym drucie to niewielka część prądu ogniwa, a długość drogi jest krótsza niż trasa przez szynę zbiorczą i wzdłuż taśmy.
• Zużycie srebra na ogniwo maleje, ponieważ usuwa się najszersze nadrukowane elementy. Zobacz obliczenia poniżej.
• Powierzchnia złącza maleje, o około rząd wielkości na złącze, i stąd bierze się trudność procesu.
• Tolerancja umieszczania się zaostrza, ponieważ drut, który wyląduje między palcami na ogniwie bez szyn zbiorczych, nie ma szerokiego metalu, na którym mógłby się oprzeć.

Obliczenia srebra i gdzie naprawdę trafia oszczędność

Szyny zbiorcze są szerokie i jest ich tylko kilka; palce są wąskie i jest ich sto lub więcej. Samo to porównanie nie rozstrzyga kwestii srebra, więc warto zestawić oba elementy obok siebie w kategoriach, których użyłby inżynier druku.

Szyna zbiorcza jest około piętnaście do trzydziestu razy szersza niż palec. Jest ich znacznie mniej, więc porównanie nie jest przytłaczające. Zespół szyny zbiorczej i PAD nadal stanowi realny udział w drukowanym srebrze ogniwa i jest skoncentrowany na elemencie, który najłatwiej usunąć, ponieważ nie pełni funkcji zbierania.

Publikowane szacunki dotyczące tego, ile srebra ogniwa znika wraz z szynami zbiorczymi, mieszczą się w szerokim przedziale, od około jednej piątej do około dwóch piątych, a rozrzut nie jest szumem. Zależy to od tego, ile szyn zbiorczych miało ogniwo, jak przeprojektowano palce, oraz jaki system pasty jest stosowany. Ogniwo z pastą niskotemperaturową z wieloma szynami zbiorczymi ma więcej srebra szyn do usunięcia niż ogniwo wysokotemperaturowe z pięcioma, dlatego oszczędność jest zwykle opisywana jako największa na platformach heterozłączowych. Przedział należy traktować jako orientacyjną wartość podawaną w prasie branżowej, a nie jako specyfikację.

Druga połowa arytmetyki dotyczy tego, gdzie zamiast tego trafiają pieniądze. Sam drut jest miedziany, co jest znacznie tańsze niż srebro. Droga, która go utrzymuje, nie jest jednak darmowa: folia lub film to materiał kupowany z własną wydajnością, klej jest materiałem eksploatacyjnym, a dozownik, stacja utwardzania lub zdolność spawania to sprzęt. Linia, która oszczędza pastę srebrną i kupuje film, przeniosła koszt, a nie go usunęła, a handel działa tylko wtedy, gdy oszczędność po stronie ogniwa przewyższa rachunek za materiały eksploatacyjne na wat. To ta sama kalkulacja na poziomie systemu, która rządzi każdą inną drogą redukcji srebra, i warto ją czytać razem z naszym porównaniem pasty miedzianej, galwanizacji miedzią i pasty o mniejszej zawartości srebra.

Cztery sposoby łączenia ogniwa bez szyn zbiorczych

Każda droga na rynku odpowiada na to samo pytanie: co utrzymuje każdy drut w kontakcie z jego palcem, dopóki nie powstanie trwałe połączenie. Różnią się tym, czy ta odpowiedź jest kupowanym materiałem, czy krokiem procesu.

Pierwsze dwie to decyzje materiałowe, ostatnie dwie to decyzje procesowe, a praktyczna różnica polega na tym, gdzie połączenie jest finalizowane. W drogach foliowej i filmowej drut jest utrzymywany mechanicznie, a kontakt elektryczny jest finalizowany podczas laminowania, gdy ciepło i nacisk wciskają drut w palec. W drodze dozowania klej przypina drut w określonych punktach, a kontakt ze stopem ponownie powstaje w laminatorze. W drodze spawania plus kleju część połączenia jest wykonywana na stringerze, natychmiast, a klej ma zapobiec przemieszczaniu się drutu później.

Uwaga o drodze foliowej: jest ona związana z konkretnym licencjodawcą, a nie ogólnie dostępna, dlatego pojawia się w mniejszej liczbie linii, niż sugerowałaby sama jej wydajność elektryczna. Drogi filmowa, klejowa i hybrydowa są najczęściej przyjmowane przez producentów budujących lub konwertujących linię i są opisane poniżej w kategoriach istotnych na hali produkcyjnej.

Co każda droga robi z linią

Gdy drut jest już na ogniwie, następne pytanie brzmi, co się dzieje, gdy połączenie jest złe. To pytanie ma różne odpowiedzi w zależności od drogi, a odpowiedzi mają swoją cenę.

Elektroluminescencja to sposób, w jaki zwykle wykrywa się ukrytą wadę połączenia: ogniwo, które nie jest prawidłowo połączone, pojawia się jako ciemny obszar przy polaryzacji w kierunku przewodzenia. Jednak w drodze filmowej lub dozowania drut jest tylko dociskany do palca przez film lub klej, a kontakt elektryczny, który ujawniłaby EL, jest finalizowany później, wewnątrz laminatora. Przed laminowaniem nie ma czego obrazować na tym interfejsie, więc pierwszy istotny punkt kontroli przypada po zbudowaniu modułu.

Droga hybrydowa to zmienia. Ponieważ spaw jest wykonywany na stringerze, sznur można skontrolować natychmiast, przed układaniem, gdy wciąż można wyciągnąć zły sznur i go przerobić zamiast złomować laminowany moduł. Dla procesu z setkami małych połączeń na ogniwo ta różnica nie jest detalem. Wskaźnik wad, który byłby nieistotny przy trzech połączeniach na ogniwo, staje się istotny przy trzystu, a koszt znalezienia go po laminowaniu to koszt całego modułu, a nie sznura.

Reszta porównania to lista kompromisów, a nie ranking. Droga filmowa mocno utrzymuje drut i nie pozostawia pozostałości topnika do czyszczenia, kosztem kupowanego filmu i dodatkowej warstwy w stosie. Dozowanie zużywa mniej materiału i najłatwiej je zretrofittingować na istniejącą linię, ale wiązanie między drutem a ogniwem opiera się na kleju i cyklu laminowania, i jest to droga najczęściej wymagająca dodatkowych testów niezawodności przed zaufaniem jej. Droga hybrydowa daje najsilniejsze wiązanie i najwcześniejsze okno kontroli, a płaci za to bardziej wymagającym projektem palca, ciepłem spawania, które może skurczyć cienki drut, oraz dodatkowym materiałem eksploatacyjnym.

Jedno ograniczenie dotyczy wszystkich czterech: drut musi być umieszczony dokładnie. Na ogniwie z szynami zbiorczymi taśma przesunięta o ułamek milimetra nadal trafia na metal. Na ogniwie bez szyn zbiorczych to samo przesunięcie może umieścić drut w szczelinie między dwoma palcami, gdzie nic nie wnosi. To zamienia dokładność umieszczania z celu jakościowego w czynnik wydajności. Jest to jeden z powodów, dla których strona maszynowa 0BB posunęła się tak szybko jak strona ogniwa. Nasz przewodnik po maszynach tabber i stringer obejmuje to, czego te maszyny są proszone przestrzegać, oraz stringer SS-2500B jest przykładem platformy określonej do 20BB.

Gdzie leży ryzyko

0BB nie zawodzi z przyczyn elektrycznych. Ścieżka prądu jest lepsza niż ta, którą zastępuje, i dlatego architektura się rozprzestrzeniła. Zawodzi, gdy zawodzi, na złączu i w otaczającej go manipulacji.

Wytrzymałość na odrywanie to pierwsza liczba, na którą należy uważać, a z założenia zmienia się w złym kierunku. Wytrzymałość złącza wynika z jego powierzchni wiązania, a 0BB zmniejsza tę powierzchnię o około rząd wielkości na złącze. To, co pozostaje, to bardzo duża liczba bardzo małych wiązań, z których każde jest indywidualnie słabe. Jest to do przetrwania, ponieważ dzielenie obciążenia przez setki złączy nie jest tym samym co koncentracja obciążenia na trzech. Zmienia to jednak znaczenie testu odrywania: średnia ma mniejsze znaczenie niż rozrzut, a najsłabsze złącze w sznurze jest tym, co znajdzie manipulacja i laminacja.

Manipulacja to drugie ryzyko. Ogniwa bez szyn zbiorczych mają mniej sztywnego metalu do przeciwstawienia się zginaniu, a przewody łączące są wystarczająco cienkie, by ulec uszkodzeniu przy szorstkim przenoszeniu. Cienkie płytki, które już były na granicy tego, co stringer mógł przenieść, to te, w których 0BB jest najbardziej atrakcyjne i najmniej wybaczające. Dlatego metrologia, która ma największe znaczenie na linii 0BB, to nie pomiar mocy, lecz elektroluminescencja, i warto ją przeprowadzać w więcej niż jednym punkcie przepływu — punkt, który nasze porównanie EL inline i offline omawia szczegółowo.

Trzecim ryzykiem jest sam materiał eksploatacyjny. Folia to dodatkowa warstwa w stosie, co oznacza dodatkowy interfejs do kwalifikacji pod kątem wilgotnego ciepła i dodatkowe źródło strat optycznych, jeśli jej transmisja nie jest taka, jak obiecywała karta katalogowa. Klej dodaje polimer na złączu, a pytanie długoterminowe nie brzmi, czy trzyma pierwszego dnia, lecz czy trzyma po cyklach wilgotności i temperatury. Zgrzewanie dodaje lokalne ciepło do cienkiej płytki i może skurczyć zgrzewany przewód, dlatego trasa hybrydowa jest łączona z klejem, a nie opierana na nim samym.

Żadne z tych nie są powodem, by unikać 0BB. Są powodem, dla którego program kwalifikacji linii 0BB wygląda inaczej niż dla linii z szynami zbiorczymi: mniej próbek mocy, więcej próbek złączy i sekwencja niezawodności, która obciąża interfejs, a nie płytkę.

Wybór trasy: pięć pytań

Trasę wybiera się nie na podstawie wydajności ogniwa. Wybiera się ją na podstawie tego, co linia już ma, ile kosztuje wadliwe złącze i jakie są oczekiwania klienta co do niezawodności. Pięć pytań rozstrzyga większość.

Jeśli odpowiedź na pierwsze pytanie brzmi „bardzo dużo”, okno inspekcji ma większe znaczenie niż rachunek za materiały eksploatacyjne. Jeśli odpowiedź na drugie brzmi „przebudowujemy linię, którą mamy”, trasa klejowa wygrywa niemal domyślnie. Nie ma trasy najlepszej na wszystkich pięciu osiach, dlatego linie na tym samym rynku stosują różne.

Często zadawane pytania

Czy 0BB oznacza, że na przedniej stronie ogniwa nie ma nadrukowanego metalu?

Nie. Palce pozostają i nadal pokrywają przednią powierzchnię drobnymi równoległymi liniami. Znika szyna zbiorcza i skupisko PAD: szerokie przewodniki, które zasilały palce i na które lutowano taśmę.

Jeśli przewody są miedziane, dlaczego zużycie srebra w ogniwie spada?

Ponieważ usuwane srebro nigdy nie zbierało prądu. Szyna zbiorcza i PAD to szerokie nadrukowane elementy, których zadaniem było być strefą lądowania i kolektorem o niskiej rezystancji. Ich usunięcie usuwa srebro; zastępujące je przewody są miedziane i kupowane od innego dostawcy po zupełnie innej cenie. Nie zmienia się srebro palców, które stanowi większość nadrukowanego metalu w większości ogniw.

Która z czterech tras jest najlepsza?

Nie ma jednej odpowiedzi, a każdy, kto ją podaje, opisuje własną linię. Trasa folii metalowej działa dobrze i jest związana z licencjodawcą. Trasa foliowa daje mocne wiązanie i brak pozostałości topnika kosztem kupowanego materiału. Dozowanie jest najtańsze we wdrożeniu i najmniej sprawdzone pod względem wytrzymałości złącza. Zgrzewana hybryda daje najwytrzymalsze złącze i najwcześniejszą inspekcję, a wymaga najwięcej od konstrukcji ogniwa i maszyny.

Czy istniejący stringer z szynami zbiorczymi można przebudować?

Zwykle tak, ale nie w równym stopniu dla wszystkich tras. Dodanie dozownika i kroku utwardzania to najmniejsza zmiana. Trasa foliowa lub folii metalowej wymaga kroku umieszczania i wystarczającej wysokości stosu dla dodatkowej warstwy. Zgrzewana hybryda wymaga przeprojektowania palców ogniwa i maszyny, która potrafi zgrzać bardzo cienki przewód bez uszkodzenia płytki. Wszystkie wymagają dokładności umieszczania lepszej niż potrzebowała linia z szynami zbiorczymi, ponieważ nie ma szerokiego metalu, który pochłonąłby przesunięcie.

Czy 0BB działa z każdą technologią ogniw?

Stosowano je w głównych technologiach, a zachęta jest największa tam, gdzie pasta jest droga, a liczba szyn zbiorczych wysoka, co wskazuje na heterozłącza. Ogniwa tylno-kontaktowe dodają osobne ograniczenie: obie polaryzacje znajdują się z tyłu, więc przewody nie mogą mostkować ścieżek o przeciwnej polaryzacji, co zmienia trasowanie, zanim zmieni cokolwiek innego. Nasze objaśnienie ogniw tylno-kontaktowych omawia ten układ szczegółowo.

Co zawodzi pierwsze w module 0BB?

W większości raportowanych sekwencji złącze, a nie ogniwo: złącza, które tracą wytrzymałość po cyklach termicznych, lub przewody, które przesuwają się podczas manipulacji, ponieważ jedyną rzeczą, która je trzymała, była folia lub klej, który nie przeszedł jeszcze laminacji. Następnie pęknięcia w cienkich płytkach, zwłaszcza tam, gdzie manipulacja nie jest dostosowana. Utrata mocy z samego połączenia to jedyny tryb awarii, który staje się mniej prawdopodobny, a nie bardziej.

Wnioski końcowe

Sensownym sposobem myślenia o 0BB jest traktowanie go jako przeniesienia odpowiedzialności. Szyna zbiorcza służyła do zbierania prądu, zapewnienia lutowalnej powierzchni styku i określenia, gdzie przebiega taśma. Jej usunięcie przekazuje zbieranie prądu drucikom, a pozostałe dwa zadania materiałowi lub ustawieniu maszyny: folii, którą trzeba kupić, klejowi, który trzeba utwardzić, spoinie, której czas trzeba dobrać, palcowi, który trzeba poszerzyć.

Dlatego dwie linie mogą obie pracować w technologii 0BB i nie mieć operacyjnie prawie nic wspólnego. Ogniwo wygląda identycznie z przodu. Różnice tkwią w stosie, w rachunku za materiały zużywalne, w tym, gdzie znajduje się kamera elektroluminescencyjna, oraz w tym, ile kosztuje złomowany moduł, gdy połączenie zawiedzie. Wybierz drogę na podstawie tych czterech rzeczy, a oszczędność srebra zadba o siebie sama; wybierz ją wyłącznie na podstawie oszczędności srebra, a pierwsza wadliwa partia laminacji wyjaśni resztę.