Od ogniwa do modułu: proces produkcji modułów słonecznych z tylnym kontaktem (BC)

Wprowadzenie: Dlaczego technologia kontaktu tylnego zmienia przemysł fotowoltaiczny

Przemysł fotowoltaiczny znajduje się w środku prawdziwej zmiany technologicznej. PERC dominował przez lata, TOPCon szybko się rozwinął, a teraz trzecia architektura przyciąga poważną uwagę zarówno producentów, jak i deweloperów projektów: technologia ogniw z kontaktem tylnym (BC).

Konwencjonalne ogniwa z kontaktem przednim marnują część światła słonecznego, ponieważ metalowe linie siatki znajdują się bezpośrednio po słonecznej stronie. Ogniwa BC przenoszą wszystkie kontakty elektryczne na tylną stronę. Przód pozostaje całkowicie czysty. Oznacza to wyższy prąd zwarciowy, bardziej elegancki wygląd i wydajność modułu, która teraz konkuruje bezpośrednio z głównym nurtem.

Oto część, która czyni BC interesującym dla każdego, kto prowadzi linię produkcyjną: przejście od gotowego ogniwa BC do w pełni zmontowanego modułu BC nie jest tym samym zadaniem, które przemysł wykonuje od dziesięcioleci. Brak przednich szyn zbiorczych, brak przednich palców. Ten pojedynczy fakt zmienia sposób łączenia ogniw, budowania łańcuchów, projektowania taśm oraz ustawiania receptury laminacji.

Ten blog przeprowadzi Cię przez cały proces od ogniwa BC do modułu BC, krok po kroku, z uwzględnieniem zaangażowanego sprzętu i pułapek procesowych, na które należy uważać.

1. Zrozumienie ogniwa BC: Krótkie wprowadzenie

1.1 Co to jest ogniwo z kontaktem tylnym?

Ogniwo z kontaktem tylnym (BC), czasami nazywane ogniwem z przerywanym kontaktem tylnym (IBC) lub po prostu z całkowitym kontaktem tylnym, umieszcza zarówno kontakty emitera, jak i bazy na tylnej stronie płytki w wzorze przerywanym. Przód to goły krzem, co eliminuje trzy rzeczy naraz:

• Straty zacienienia, zwykle 3-5% powierzchni ogniwa w konwencjonalnych ogniwach

• Straty rezystancyjne związane z kompromisami w projektowaniu przedniej siatki

• Widoczne linie siatki, które mają duże znaczenie dla wyglądu

Wiodące warianty BC w latach 2024-2025:

Kierunek jest jasny: BC przechodzi z niszowego produktu premium do głównego nurtu, napędzany przez chińskich producentów skalujących produkcję w latach 2024-2025.

1.2 Kluczowa różnica: geometria kontaktów

W ogniwie PERC lub TOPCon, szyny zbiorcze na przedniej stronie (9-16 w nowoczesnych ogniwach) i palce są utrzymywane tak cienkie, jak to możliwe, jednocześnie zbierając prąd. Lutujesz taśmę bezpośrednio do tych szyn. Proste.

W ogniwie BC tylna strona przenosi naprzemienne paski kontaktów typu n i p w równoległym, przeplatanym wzorze. Szerokość, odstęp i rozstaw tych pasków są różne dla każdego producenta i są zastrzeżone. Decydują również o tym, jak dokładnie ogniwo może być połączone wewnątrz modułu.

2. Proces produkcji modułów BC: krok po kroku

Linia modułów BC dzieli wiele sprzętu z konwencjonalną linią, takiego jak laminatory, łączniki i stanowiska do ramowania. Ale etapy łączenia i formowania łańcuchów są naprawdę różne. Oto pełny przepływ:

Teraz omówmy każdy krok po kolei.

Krok 1: Kontrola przychodzących ogniw i sortowanie

Ogniwa BC przybywają z fabryki ogniw jako ćwiartki, pełnowymiarowe lub połowy, w zależności od projektu modułu. Pierwszy krok odpowiada każdej linii modułów:

• Kontrola wizualna pod kątem mikropęknięć, odprysków, zanieczyszczeń lub różnic kolorów

• Testy I-V dla Voc, Isc, Pmax i współczynnika wypełnienia

• Obrazowanie elektroluminescencyjne (EL) w celu wykrycia mikropęknięć, złamanych palców, zwarć lub martwych obszarów

• Sortowanie i klasyfikacja ogniw według klasy mocy, zwykle przedziały 1-2.5W, a dla ogniw BC także według jednolitości koloru, ponieważ goła przednia strona sprawia, że wszelkie odchylenia kolorów są bardzo widoczne

Wyzwanie specyficzne dla BC: bez przedniego metalu, spójność koloru jest najważniejsza, zwłaszcza w zastosowaniach mieszkaniowych i BIPV, gdzie wygląd decyduje o sprzedaży. Wielu producentów BC stosuje ciaśniejsze kosze kolorów, czasem specjalnie sortowane za pomocą kolorymetrów odczytujących Lab* wartości, w porównaniu z konwencjonalnymi modułami.

Krok 2: Łączenie ogniw / Interkonekcja - Serce produkcji modułów BC

To tutaj moduły BC najbardziej odbiegają od konwencjonalnych i gdzie trafia większość najnowszych innowacji sprzętowych.

2.1 Wyzwanie interkonekcji

Na normalnym ogniwie lutujesz płaską taśmę na przednich szynach zbiorczych i składasz ją na tył następnego ogniwa. Prosta geometria.

Na ogniwie BC zarówno styki dodatnie, jak i ujemne znajdują się z tyłu w wzorze naprzemiennym. Więc:

• Prosta taśma składana z przodu na tył nie zadziała

• Interkonekcja musi mostkować tylne paski stykowe sąsiednich ogniw

• Skok pasków, szerokość i wyrównanie są specyficzne dla producenta

• Błąd wyrównania podczas łączenia powoduje straty rezystancji szeregowej lub bocznikowanie

Dwa podejścia do interkonekcji dominują w produkcji masowej.

Opcja A: Łączenie klejem przewodzącym (CA)

Stosowane przez producentów takich jak Aiko Solar dla ich modułów ABC, używa elektrycznie przewodzącego kleju (ECA), srebrnej żywicy epoksydowej, zamiast lutu.

Proces:

1. Precyzyjny dozownik nakłada kontrolowaną ilość kleju przewodzącego na tylne paski stykowe

2. Interkonektor, płaska cynowana taśma miedziana lub elastyczny obwód drukowany (FPC), jest umieszczany na kleju

3. Zespół utwardza się w piecu niskotemperaturowym, około 150-180°C przez 1-3 minuty, lub podczas laminacji

Zalety:

• Przetwarzanie w niskiej temperaturze, więc mniejsze naprężenia termiczne na ogniwach, co ma znaczenie, gdy wafle zbliżają się do 130 mikronów i poniżej

• Brak kontaktu lutownicy, więc mniej mikropęknięć

• Możliwość drobnego skoku do poniżej milimetra, pasująca do drobnego wzoru naprzemiennego

• Utwardzony klej pozostaje nieco elastyczny i lepiej pochłania naprężenia cykli termicznych niż sztywny lut

Wady:

• Srebrny ECA jest drogi

• Utwardzanie wydłuża czas cyklu, chociaż utwardzanie inline podczas laminacji pomaga

• Długoterminowa niezawodność połączeń ECA jest nadal udowadniana na dużą skalę, chociaż wczesne dane z testów przyspieszonych wyglądają dobrze

Opcja B: Technologia Zero-Busbar (0BB) lutowania / Smart Wire

Bardziej konwencjonalna trasa, stosowana przez producentów takich jak LONGi dla modułów opartych na HPBC, często z lutem niskotemperaturowym lub metodami SmartWire.

Proces:

1. Ultracienkie okrągłe druty, około 0,2-0,35 mm, lub płaskie druty (SmartWire) są wstępnie umieszczane w ramie nośnej

2. Ogniwo BC jest umieszczane stroną przednią do góry, tylną odsłoniętą, na zespole drutów

3. Termoda (gorący pręt) lub ogrzewanie podczerwienią krótko przetapia lut na drucie, aby połączyć go z tylnymi paskami

4. Drut prowadzi do następnego ogniwa

Kluczową ideą jest 0BB, zero szyn zbiorczych. Zamiast lutowania grubej taśmy na dyskretnych szynach zbiorczych, dziesiątki ultracienkich drutów dotykają bezpośrednio cienkich palców kontaktowych z tyłu, więc gruba szyna zbiorcza nie jest potrzebna.

Zalety:

• Opiera się na istniejącym sprzęcie do lutowania, więc niższe nakłady inwestycyjne

• Połączenia lutowane są dobrze zrozumiałe, więc niezawodność jest wysoka

• Druty 0BB dopasowują się do wzoru międzycyfrowego

Wady:

• Wymaga precyzyjnej kontroli termicznej, zbyt duża ilość ciepła szkodzi cienkim płytkom

• Wyrównanie drutu do kontaktu jest ścisłe i krytyczne

• Nieco wyższa rezystancja szeregowa niż w CA w niektórych konfiguracjach

Sprzęt do łączenia w łańcuchy: Najnowsza generacja

Od 2026-2027, wiodący dostawcy dla łączenia BC obejmują:

Łączenie ogniw BC działa około 10-15% wolniej niż w przypadku konwencjonalnych ogniw ze względu na ciaśniejsze wyrównanie, ale dostawcy szybko zmniejszają tę różnicę.

Krok 3: Układ łączenia i tworzenie matrycy

Po utworzeniu łańcuchów BC, zwykle 2xN ogniw dla układów połowicznych, trafiają one do matrycy modułu:

• Pojedyncze szkło (szkło/folia) lub podwójne szkło (szkło/szkło), to drugie coraz częstsze w BC przeznaczonych do wysokiej niezawodności i BIPV

• Łańcuchy umieszczane są na tylnej folii encapsulantu w odpowiedniej orientacji szeregowej

• Odstępy między łańcuchami zależą od rozmiaru modułu, np. moduł 72 ogniw oparty na M10 ma wymiary około 2278 x 1134 mm

Uwaga specyficzna dla BC: Ogniwa BC generują nieco większy prąd dzięki zerowemu zacienieniu od frontu i nie mają przednich szyn zbiorczych jako wizualnego wskaźnika. Dlatego układ zwykle dodaje kontrolę optyczną w celu potwierdzenia polaryzacji ogniw przed laminacją. Odwrócone ogniwo BC jest łatwiejsze do przeoczenia niż ogniwo z kontaktami od frontu z widocznymi szynami.

Krok 4: Łączenie szyn i lutowanie złączy poprzecznych

Po ułożeniu główne taśmy zbiorcze łączą łańcuchy szeregowo, aby zbudować napięcie.

Dla modułów BC:

• Mocowanie taśmy zbiorczej odbywa się na tej samej zasadzie co w modułach konwencjonalnych, taśma lutowana do pól lutowniczych na krawędzi ogniwa

• Ogniwa BC często mają specjalnie zaprojektowane pola lutownicze na krawędziach, szersze niż cienkie palce międzypalcowe, dzięki czemu lutowanie szyn pozostaje łatwe przy użyciu konwencjonalnego sprzętu

• Niektóre konstrukcje BC używają zintegrowanych złączy łańcuchowych montowanych podczas łączenia, co może wyeliminować osobny etap łączenia szyn

Najnowszy trend, hybryda shingled + BC: niektórzy producenci testują shingled BC, tnąc ogniwa BC na paski i nakładając je na siebie, dzięki czemu nie jest potrzebna osobna taśma zbiorcza. Klej przewodzący na każdym zakładzie tworzy połączenie szeregowe. Nadal niszowe w 2025 roku, ale obiecujące dla układów o wysokiej gęstości.

Krok 5: Układanie (encapsulant + szkło + folia/szkło)

Układanie wygląda bardzo podobnie jak w konwencjonalnym module.

Dla modułu BC ze szkłem i folią:

1. Tylna warstwa encapsulantu, EVA lub POE, 0,45-0,5 mm, umieszczana na stole do układania

2. Łańcuchy/macierz BC są na niej pozycjonowane

3. Przednia folia enkapsulacyjna nakładana jest na ogniwa

4. Przednie szkło, hartowane i z powłoką antyrefleksyjną dla maksymalnej transmisji, umieszczane jest na górze

W przypadku modułu BC typu szkło/szkło, coraz bardziej popularnego:

1. Przednie szkło, przednia folia enkapsulacyjna, matryca ogniw, tylna folia enkapsulacyjna, tylne szkło (przezroczyste dla zysku bifacjalnego lub nieprzezroczyste)

Uwagi dotyczące enkapsulacji specyficzne dla BC:

• POE (elastomer poliolefinowy) jest zdecydowanie preferowany nad EVA w przypadku BC ze względu na niższą przepuszczalność pary wodnej, co chroni tylne styki przed korozją wilgociową; lepszą odporność na PID, co ma znaczenie, gdy cała architektura elektryczna znajduje się z tyłu; oraz silniejszą przyczepność do gładkiej, metalizowanej tylnej powierzchni

• Równomierność grubości enkapsulantu ma tu większe znaczenie, ponieważ nierówny przepływ tworzy różnice optyczne na przedniej stronie, która jest stroną ekspozycyjną modułu BC. Niespójny enkapsulant może pozostawić widoczne pęcherze lub defekty w postaci smug, które wyróżniają się na przedniej stronie bez szyn zbiorczych

Krok 6: Laminacja

Stos trafia do laminatora, prawdopodobnie najbardziej krytycznej maszyny na każdej linii modułów.

Typowy profil laminacji dla modułów BC:

Całkowity czas cyklu: 25-40 minut w zależności od enkapsulantu i laminatora.

Wyzwania laminacji specyficzne dla BC:

1. Uwięzienie powietrza na tylnych stykach. Wzór przeplatających się palców tworzy mikrotopografię, która zatrzymuje powietrze podczas laminacji. Czołowi producenci stosują teksturowane lub mikrokanałowe folie kapsułkujące, czasem nazywane foliami wentylacyjnymi, aby powietrze mogło łatwiej uciekać podczas faz próżniowych.

2. Utwardzanie kleju przewodzącego. Jeśli łączenie ogniw używało kleju przewodzącego, laminacja pełni podwójną rolę: kapsułkuje moduł i jednocześnie utwardza klej. Profil musi doprowadzić klej do pełnego utwardzenia, około 150°C przez ponad 10 minut, bez przegrzewania folii kapsułkującej.

3. Zarządzanie wygięciem ogniw. Ogniwa BC, zwłaszcza cienkie o grubości 140 mikronów lub mniejszej, mogą się lekko wyginać z powodu asymetrycznych naprężeń metalizacji tylnej. Laminacja musi pochłonąć to wygięcie bez przesuwania odstępów między ogniwami, dlatego lepkość folii kapsułkującej podczas żelowania jest starannie dostrajana.

Sprzęt laminujący do modułów BC. Te same główne marki obsługują zarówno linie konwencjonalne, jak i BC, ale laminatory dostrojone do BC oferują ulepszoną próżnię (dwustopniową do <0,5 mbar), ściślejszą jednorodność temperatury (około ±1,5°C na stole) oraz programowalne profile ciśnienia membrany, od miękkiego do pełnego docisku.

Krok 7: Przycinanie, czyszczenie krawędzi i ramowanie

Po laminacji moduł jest poddawany:

1. Przycinaniu krawędzi, usuwając folię kapsułkującą, która wypłynęła poza krawędź szkła

2. Szlifowaniu/zaokrąglaniu krawędzi dla bezpieczeństwa i redukcji punktów naprężeń

3. Montażowi ramy za pomocą silikonowego uszczelniacza lub mechanicznego zaciskania

Ramowanie specyficzne dla BC. Moduły BC zwykle są produktami premium na dachy mieszkalne, BIPV i komercyjne obiekty wysokiej klasy, więc wygląd ramy ma większe znaczenie. Czarne ramy, anodowane lub malowane, są standardem, aby zachować całkowicie czarny wygląd. Niektóre moduły BC są bezramowe, z tylko uszczelniaczem krawędziowym, zwłaszcza do BIPV. Profile ram mogą być cieńsze lub mieć czystsze narożniki, aby pasować do eleganckiego wyglądu ogniw.

Krok 8: Instalacja puszki przyłączeniowej

Puszka przyłączeniowa jest montowana z tyłu i podłączana do taśm zbiorczych.

W modułach BC preferowane są małe puszki o niskim profilu, ponownie ze względu na wygląd i dopasowanie do BIPV. Niektórzy producenci stosują zintegrowane konstrukcje puszek z diodami bocznikującymi wbudowanymi w moduł, a nie w zewnętrznej puszce. Lutowanie lub zaciskanie przewodów puszki do końcówek taśm zbiorczych jest takie samo jak w modułach konwencjonalnych, ale przewody powinny być prowadzone z dala od gęstej od styków tylnej powierzchni, aby wykluczyć zwarcia.

Krok 9: Utwardzanie i chłodzenie

Po ramie i puszce przyłączeniowej:

• Utwardzanie silikonu: 15-30 minut w temperaturze pokojowej lub szybciej w tunelu z ciepłym powietrzem o temperaturze 60-80°C przez 5-10 minut

• Kondycjonowanie termiczne: niektórzy producenci przepuszczają moduł w ramie przez kontrolowany tunel chłodzący, aby ustabilizować kapsułkę i zmniejszyć naprężenia resztkowe przed testem elektrycznym

Krok 10: Testowanie błyskiem i obrazowanie elektroluminescencyjne (EL)

Ostatnia kontrola jakości przed pakowaniem.

Testowanie błyskiem (krzywa I-V). Symulator słońca, zwykle klasy AAA+ zgodnie z IEC 60904-9, emituje skalibrowany impuls światła (AM1.5G, 1000 W/m², 25°C) i odczytuje pełną krzywą I-V: Pmax, Voc, Isc, FF oraz sprawność modułu.

Moduły BC rutynowo osiągają:

• Sprawność modułu 22,5-24,0% dla popularnych formatów 182 mm lub 210 mm

• 580-620 W dla standardowego modułu 72 ogniw z połową ogniw przy użyciu ogniw M10

Obrazowanie elektroluminescencyjne (EL). Prąd jest wstrzykiwany przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, a kamera na podczerwień rejestruje świecenie. Ciemne plamy wskazują na mikropęknięcia, uszkodzone palce lub paski kontaktowe, bocznikowanie lub martwe ogniwa.

Uwaga dotycząca EL dla modułów BC. EL dla modułów BC jest wykonywane od tyłu, gdzie znajdują się kontakty i ścieżki prądowe. Obrazy różnią się od EL dla ogniw przednich; wzór przeplatających się palców jest wyraźnie widoczny, a defekty wyglądają inaczej. Operatorzy i systemy EL oparte na sztucznej inteligencji potrzebują bibliotek defektów specyficznych dla BC.

Krok 11: Kontrola wizualna, etykietowanie i pakowanie

Ostatnie kroki:

• Kontrola wizualna pod kątem defektów kosmetycznych, rys na przednim szkle, wad ramy, nadmiaru uszczelniacza

• Etykieta z danymi elektrycznymi, certyfikatami (IEC 61215, IEC 61730, MCS, UL itp.), numerem seryjnym i datą produkcji

• Pakowanie, zwykle 30-36 modułów na palecie, z narożnikami ochronnymi, taśmowane i owijane

Ponieważ moduły BC należą do segmentu premium, poziomy jakości są często wyższe: niektórzy producenci przeprowadzają 100% kontrolę EL zamiast próbkowania, standardy kosmetyczne są ostrzejsze (brak widocznych defektów w obszarze aktywnym), a pakowanie może obejmować materiały z logo marki lub instrukcje dla instalatorów skierowane do odbiorców indywidualnych.

3. Kluczowe kwestie jakości i niezawodności dla modułów BC

4. Stan produkcji modułów BC w latach 2026-2027

Rynek modułów BC szybko się skaluje:

• LONGi postawiło wszystko na BC (HPBC 2.0) jako swoją kolejną główną technologię, z ogłoszonymi celami mocy przekraczającymi 50 GW do końca 2025 roku

• Aiko Solar rozwinęło ABC do skali multi-GW, z wydajnością ogniw w produkcji masowej powyżej 25,5%

• Tongwei, JinkoSolar i Risen Energy rozwijają TBC (hybryda TOPCon-BC) lub czyste warianty BC do produkcji w latach 2025-2026

• Maxeon nadal produkuje moduły IBC z wyższej półki w swoich zakładach w Malezji i Meksyku

• Dostawcy sprzętu, tacy jak Autowell, SC Solar i Leadmicro, wprowadzili dedykowane systemy łączenia i układania gotowe pod BC

Wydajność na poziomie modułu osiąga obecnie 23,0-24,0% dla komercyjnych modułów BC (krzem jednozłączowy), z klasami mocy powyżej 600 W w standardowych formatach.

Różnica kosztów między modułami BC a TOPCon zawęziła się do około 0,05-0,10 juanów/Wp, czyli poniżej około 0,02 USD/Wp, a wielu analityków spodziewa się, że BC osiągnie parytet kosztów z TOPCon do lat 2026-2027, w miarę wzrostu wykorzystania sprzętu i ciągłego spadku zużycia srebra na wat.

5. Wnioski: Produkcja modułów BC - coś więcej niż tylko zmiana ogniw

Budowa modułu BC to nie tylko wrzucenie ogniw BC do konwencjonalnej linii. Interkonekcja, wybór enkapsulantu, receptura laminacji, protokół inspekcji i standardy jakości wymagają rozwiązań zaprojektowanych pod konkretne potrzeby, które uwzględniają geometrię i wartość propozycji ogniw back-contact.

Pozytywna strona: sprzęt, materiały i know-how procesowy dojrzewają szybko. To, co pięć lat temu służyło wyłącznie rynkowi premium dla domów, teraz znajduje się na krawędzi masowego przyjęcia w skali GW.

Dla każdego, kto rozważa ścieżkę BC, rada jest prosta. Najpierw opanuj etap interkonekcji, to tam znajduje się około 80% pracy procesowej. Dopracuj łączenie, wybierz odpowiedni enkapsulant, a reszta linii to bardziej ewolucja niż rewolucja.

Nastała era modułów back-contact.

Opinia Ooitech

Ciągle mówimy klientom to samo, gdy pytają o linie BC: cała gra toczy się w łączeniu i enkapsulancie, a nie w reszcie linii. Zapewnij powtarzalność dozowania CA i wybierz dobry POE, a dobrze zbudowana linia modułów poradzi sobie z geometrią tylnych kontaktów bez dramatu. Jedna rzecz warta podkreślenia: Ooitech dostarcza wyłącznie linie do montażu modułów, a nie produkcję ogniw, więc projekt BC łączy nasz sprzęt do układania, laminacji i testowania z dowolnymi ogniwami BC, które pozyskasz. Jeśli chcesz zobaczyć ten proces w działaniu w prawdziwej fabryce, kanał Ooitech na YouTube pod adresem www.youtube.com/ooitech to dobre miejsce, aby obejrzeć prawdziwe nagrania z łączenia i laminacji.