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

Wprowadzenie: Dlaczego technologia tylnego kontaktu zmienia przemysł fotowoltaiczny

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

Konwencjonalne ogniwa z przednim kontaktem marnują część światła słonecznego, ponieważ metalowe linie siatki znajdują się bezpośrednio na nasłonecznionej stronie. Ogniwa BC przenoszą wszystkie styki elektryczne na tył. Przód pozostaje całkowicie czysty. Oznacza to wyższy prąd zwarciowy, bardziej elegancki wygląd i wydajność modułu, która teraz konkuruje bezpośrednio z mainstreamem.

Oto część, która sprawia, że BC jest interesujące dla każdego, kto prowadzi linię produkcyjną: przejście od gotowego ogniwa BC do w pełni zmontowanego modułu BC nie jest tym samym zadaniem, które branża wykonywała przez dziesięciolecia. Brak przednich szyn zbiorczych, brak przednich palców. Ten jeden fakt zmienia sposób łączenia ogniw, budowania stringów, projektowania taśm i ustawiania receptury laminacji.

Ten blog przeprowadzi Cię przez cały proces od ogniwa BC do modułu BC, krok po kroku, wraz z zaangażowanym sprzętem i pułapkami procesowymi, na które należy uważać.

1. Zrozumienie ogniwa BC: Krótkie wprowadzenie

1.1 Czym jest ogniwo z tylnym kontaktem?

Ogniwo z tylnym kontaktem (BC), czasami nazywane Interdigitated Back Contact (IBC) lub po prostu all-back-contact, umieszcza zarówno styki emitera, jak i bazy na tylnej stronie płytki w przeplatającym się wzorze. Przód to goły krzem, co eliminuje trzy rzeczy naraz:

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

• Straty rezystancyjne związane z kompromisami w konstrukcji przedniej siatki

• Widoczne linie siatki, które mają duże znaczenie dla wyglądu

Wiodące warianty BC w latach 2024-2025:

Kierunek jest oczywisty: BC przechodzi z niszowego produktu premium do mainstreamowego konkurenta, mocno napędzany przez chińskich producentów skalujących w latach 2024-2025.

1.2 Kluczowa różnica: geometria styków

W ogniwie PERC lub TOPCon przednie szyny zbiorcze (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 zawiera naprzemienne pasy styków typu n i p w równoległym, przeplatanym wzorze. Szerokość, skok i odstępy tych pasów są różne dla każdego producenta i są zastrzeżone. Decydują również o tym, jak dokładnie ogniwo może być połączone wewnątrz modułu.

2. Proces produkcji modułu BC: krok po kroku

Linia modułów BC dzieli wiele sprzętu z konwencjonalną linią, takiego jak laminatory, stringery i stacje ramowania. Ale procesy łączenia i formowania stringów są naprawdę inne. Oto pełny przepływ:

Teraz omówmy każdy krok po kolei.

Krok 1: Kontrola przychodząca i sortowanie ogniw

Ogniwa BC pojawiają się z fabryki ogniw jako ćwiartki, pełnowymiarowe lub połówkowe, w zależności od projektu modułu. Pierwszy krok jest taki sam jak w każdej linii modułów:

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

• I-V testing for Voc, Isc, Pmax and fill factor

• Obrazowanie elektroluminescencyjne (EL) w celu wykrycia mikropęknięć, przerwanych palców, bocznikowania lub martwych obszarów

• Sortowanie i klasyfikacja ogniw według klasy mocy, zwykle w przedziałach 1-2,5 W, a dla ogniw BC także według jednolitości koloru, ponieważ goły przód sprawia, że wszelkie odchylenia koloru są bardzo widoczne

BC-specific challenge: bez przedniego metalu, jednolitość koloru jest najważniejsza, szczególnie w zastosowaniach mieszkaniowych i BIPV, gdzie wygląd decyduje o sprzedaży. Wielu producentów BC stosuje węższe kosze kolorów, czasem sortowane niestandardowo 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 różnią się od konwencjonalnych i gdzie pojawia się większość najnowszych innowacji sprzętowych.

2.1 Wyzwanie interkonekcji

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

W ogniwie BC zarówno styki dodatnie, jak i ujemne znajdują się z tyłu w przeplatanym wzorze. Zatem:

• Proste złożenie taśmy z przodu na tył nie zadziała

• Interkonekcja musi łączyć tylne paski stykowe sąsiednich ogniw

• Skok pasków, szerokość i wyrównanie są specyficzne dla producenta

• Niewspółosiowość podczas łączenia powoduje straty rezystancji szeregowej lub bocznikowanie

Dwa podejścia do interkonekcji dominują w produkcji masowej.

Opcja A: Łączenie za pomocą kleju przewodzącego (CA)

Stosowane przez producentów takich jak Aiko Solar w ich modułach ABC, wykorzystuje elektrycznie przewodzący klej (ECA), epoksyd wypełniony srebrem, 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 niskotemperaturowym piecu, około 150-180°C przez 1-3 minuty lub podczas laminowania

Zalety:

• Przetwarzanie w niskiej temperaturze, więc mniejsze naprężenia termiczne ogniw, co ma znaczenie, gdy płytki dążą do 130 mikronów i poniżej

• Brak kontaktu grota lutowniczego, więc mniej mikropęknięć

• Możliwość małego skoku do poniżej milimetra, dopasowując się do drobnego przeplatanego wzoru

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

Wady:

• ECA wypełniony srebrem jest drogi

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

• Długoterminowa niezawodność połączeń ECA jest wciąż potwierdzana na skalę przemysłową, choć wstępne dane z testów przyspieszonego starzenia wyglądają obiecująco

Opcja B: Lutowanie Zero-Busbar (0BB) / technologia Smart Wire

Bardziej konwencjonalna ścieżka, stosowana przez producentów takich jak LONGi w modułach HPBC, często z niskotemperaturowym lutem lub metodami SmartWire.

Proces:

1. Ultracienkie okrągłe druty, około 0,2-0,35 mm, lub płaski drut (SmartWire) są wstępnie umieszczone w ramce nośnej

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

3. Termoda (gorąca listwa) lub nagrzewanie 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 oddzielnych szynach zbiorczych, dziesiątki ultracienkich drutów dotykają bezpośrednio cienkich tylnych palców kontaktowych, więc nie jest potrzebna gruba szyna zbiorcza.

Zalety:

• Opiera się na istniejącym sprzęcie do lutowania, więc niższe CAPEX

• Połączenia lutowane są dobrze poznane, więc niezawodność jest wysoka

• Druty 0BB dopasowują się do wzoru międzycyfrowego

Wady:

• Wymaga precyzyjnej kontroli termicznej, zbyt dużo ciepła uszkadza cienkie płytki

• Wyrównanie drut-kontakt jest krytyczne i wymaga dużej precyzji

• Nieco wyższa rezystancja szeregowa niż w CA w niektórych konfiguracjach

Sprzęt do łączenia w łańcuchy: najnowsza generacja

Według stanu na 2026-2027, wiodący dostawcy łączenia BC to:

Łączenie ogniw BC w stringi jest o około 10-15% wolniejsze niż w przypadku konwencjonalnych ogniw ze względu na węższe tolerancje, ale dostawcy szybko zmniejszają tę różnicę.

Krok 3: Układ stringów i formowanie matrycy

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

• Pojedyncze szkło (szkło/backsheet) lub podwójne szkło (szkło/szkło), to drugie coraz częstsze dla BC ukierunkowanych na wysoką niezawodność i BIPV

• Stringi są umieszczane na tylnym enkapsulancie w odpowiedniej orientacji szeregowej

• Odstępy między stringami są zgodne z rozmiarem modułu, np. moduł 72 ogniw na bazie M10 ma wymiary około 2278 x 1134 mm

Uwaga specyficzna dla BC: Ogniwa BC generują nieco wyższy prąd, dzięki zerowemu zacienieniu od frontu, i nie mają przednich busbarów jako wizualnego wskaźnika. Dlatego układ zwykle dodaje kontrolę optyczną w celu potwierdzenia polaryzacji ogniwa przed laminacją. Odwrócone ogniwo BC jest łatwiej przeoczyć niż ogniwo z przednimi stykami i widocznymi busbarami.

Krok 4: Lutowanie busbarów i złączy krzyżowych

Po ułożeniu, główne taśmy busbarów łączą stringi szeregowo, aby zbudować napięcie.

Dla modułów BC:

• Mocowanie taśmy busbara odbywa się według tej samej zasady co w modułach konwencjonalnych, taśma jest 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 busbarów pozostaje wykonalne przy użyciu konwencjonalnego sprzętu

• Niektóre konstrukcje BC wykorzystują zintegrowane złącza stringów montowane podczas łączenia, co może wyeliminować osobny etap łączenia busbarów

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 busbara. Klej przewodzący w każdym punkcie nakładania tworzy połączenie szeregowe. Wciąż niszowe w 2025 roku, ale obiecujące dla układów o wysokiej gęstości.

Krok 5: Układanie (enkapsulant + szkło + backsheet/szkło)

Układanie wygląda bardzo podobnie jak w konwencjonalnym module.

Dla modułu BC ze szkłem/backsheet:

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

2. Stringi/matryca BC są na niej pozycjonowane

3. Przednia warstwa enkapsulantu umieszczana na ogniwach

4. Szkło przednie, hartowane i z powłoką antyrefleksyjną dla maksymalnej transmisji, umieszczane na górze

Dla modułu BC typu szkło/szkło, coraz bardziej popularnego:

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

Uwagi dotyczące enkapsulantu specyficznego dla BC:

• POE (elastomer poliolefinowy) jest zdecydowanie preferowany nad EVA dla BC ze względu na niższą przepuszczalność pary wodnej, która 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

• Jednolitość grubości enkapsulantu ma tu większe znaczenie, ponieważ nierównomierny przepływ powoduje różnice optyczne na przedniej stronie, która jest stroną ekspozycyjną modułu BC. Niejednolity enkapsulant może pozostawić widoczne pęcherze lub defekty wodne, które wyróżniają się na przedniej stronie bez szyn zbiorczych

Krok 6: Laminacja

Stos trafia do laminatora, prawdopodobnie najważniejszej 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 przy tylnych stykach. Wzór palcowy z przeplatanymi elektrodami tworzy mikrotopografię, która zatrzymuje powietrze podczas laminacji. Wiodący producenci stosują teksturowane lub mikrokanalikowe folie enkapsulacyjne, czasami nazywane enkapsulantami wentylacyjnymi, aby powietrze łatwiej uciekało podczas faz próżniowych.

2. Utwardzanie kleju przewodzącego. Jeśli przy łączeniu użyto CA, laminacja pełni podwójną rolę, kapsułkując moduł i jednocześnie utwardzając klej. Profil musi doprowadzić klej do pełnego utwardzenia, około 150°C przez 10+ minut, bez przegrzewania kapsułkanta.

3. Zarządzanie wygięciem ogniw. Ogniwa BC, zwłaszcza cienkie (140 mikronów lub mniej), mogą się lekko wyginać z powodu asymetrycznego naprężenia metalizacji tylnej. Laminacja musi pochłonąć to wygięcie bez zmiany odstępów między ogniwami, dlatego lepkość kapsułkanta podczas żelowania jest starannie dostrajana.

Sprzęt laminujący do modułów BC. Te same główne marki obsługują zarówno konwencjonalne linie, jak i linie 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 przechodzi:

1. Przycinanie krawędzi, usuwanie kapsułkanta, który wypłynął poza krawędź szkła

2. Szlifowanie/zaokrąglanie krawędzi dla bezpieczeństwa i redukcji punktów naprężeń

3. Montaż ramy za pomocą silikonowego uszczelniacza lub mechanicznego zaciskania

Ramowanie specyficzne dla BC. Moduły BC są zwykle produktami premium do dachów mieszkalnych, BIPV i wysokiej klasy zastosowań komercyjnych, 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, szczególnie do BIPV. Profile ram mogą być cieńsze lub mieć czystsze połączenia narożne, aby pasować do eleganckiego wyglądu ogniw.

Krok 8: Instalacja skrzynki przyłączeniowej

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

W przypadku modułów BC preferowane są skrzynki przyłączeniowe o małym profilu i niskim reliefie, ponownie ze względu na wygląd i dopasowanie do BIPV. Niektórzy producenci stosują zintegrowane konstrukcje skrzynek przyłączeniowych z diodami bypassu osadzonymi w module, a nie w zewnętrznej skrzynce. Lutowanie lub zaciskanie przewodów skrzynki przyłączeniowej do końcówek taśm zbiorczych jest takie samo jak w konwencjonalnych modułach, ale przewody powinny być prowadzone z dala od gęstej od styków tylnej powierzchni, aby wykluczyć zwarcia.

Krok 9: Utwardzanie i chłodzenie

Po ramie i skrzynce przyłączeniowej:

• Utwardzanie silikonu: 15-30 minut w temperaturze pokojowej lub szybciej w tunelu z ciepłym powietrzem w 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 bramka jakości przed pakowaniem.

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

Moduły BC rutynowo osiągają:

• 22,5-24,0% sprawności modułu dla głównych formatów 182mm lub 210mm

• 580-620W dla standardowego modułu 72-ogniwowego z połową ogniw z użyciem ogniw M10

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

Uwaga dotycząca EL specyficzna dla BC. EL dla modułów BC jest wykonywane od tyłu, gdzie znajdują się styki 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 AI potrzebują bibliotek defektów specyficznych dla BC.

Krok 11: Kontrola wizualna, etykietowanie i pakowanie

Ostatnie kroki:

• Kontrola wizualna pod kątem defektów kosmetycznych, zarysowań przedniej szyby, wad ramy, nadmiaru uszczelniacza

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

• Pakowanie, zazwyczaj 30-36 modułów na palecie, z osłonami narożników, spinane taśmami i owijane

Ponieważ moduły BC znajdują się w segmencie premium, poziomy jakości są często wyższe: niektórzy producenci przeprowadzają 100% kontrolę EL zamiast próbkowania, normy kosmetyczne są ostrzejsze (brak widocznych defektów w obszarze aktywnym), a opakowanie może zawierać materiały markowe 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 postawił wszystko na BC (HPBC 2.0) jako swoją następną główną technologię, z ogłoszonymi celami mocy przekraczającymi 50 GW do końca 2025 roku

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

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

• Maxeon nadal produkuje premium moduły IBC w swoich zakładach w Malezji i Meksyku

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

Wydajność modułów 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 zmniejszyła 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 w latach 2026-2027, gdy wykorzystanie sprzętu wzrośnie, a zużycie srebra na wat będzie nadal spadać.

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

Budowa modułu BC nie polega tylko na włożeniu ogniw BC do konwencjonalnej linii. Połączenia, wybór kapsułkantu, receptura laminowania, protokół inspekcji i standardy jakości wymagają celowo zaprojektowanych rozwiązań, które uwzględniają geometrię i propozycję wartości ogniw z tylnym kontaktem.

Plus: sprzęt, materiały i know-how procesowy szybko dojrzewają. To, co pięć lat temu służyło tylko premium rynkowi mieszkaniowemu, teraz znajduje się na krawędzi masowego przyjęcia na skalę GW.

Dla każdego, kto rozważa ścieżkę BC, rada jest prosta. Najpierw opanuj krok przyłączenia do sieci, tam znajduje się około 80% pracy procesowej. Dobrze wykonaj łączenie taśm, wybierz odpowiedni enkapsulant, a reszta linii to bardziej ewolucja niż rewolucja.

Era modułów z tylnym kontaktem nadeszła.

Opinia Ooitech

Ciągle mówimy klientom to samo, gdy pytają o linie BC: cała gra toczy się w łączarce taśm i enkapsulancie, a nie w reszcie linii. Zapewnij powtarzalność dozowania CA i wybierz dobry POE, a dobrze zbudowana linia modułów poradzi sobie z geometrią tylnego kontaktu bez dramatu. Warto zaznaczyć, że Ooitech dostarcza tylko linie do montażu modułów, nie produkcję ogniw, więc projekt BC łączy nasz sprzęt do układania, laminowania i testowania z dowolnymi ogniwami BC, które pozyskasz. Jeśli chcesz zobaczyć ten przepływ w prawdziwej fabryce, kanał Ooitech na YouTube pod adresem www.youtube.com/ooitech to dobre miejsce, aby obejrzeć rzeczywiste nagrania z łączenia taśm i laminowania.