چرا سلولهای خورشیدی BC بیشتر مستعد خمیدگی و تاببردگی هستند
فهرست مطالب
پاسخ سریع: سلولهای تماس پشتی بیشتر از سلولهای تماس جلویی در معرض خمیدگی و تابخوردگی هستند، زیرا هر دو قطب تماس در پشت قرار دارند، بنابراین حجم فلزیسازی پشتی و تنشی که ایجاد میکند در برابر جلو نامتعادل است. هنگامی که سلول پس از پخت سرد میشود، فلز پشتی در برابر سطح جلویی بدون فلز منقبض میشود و نتیجه انحنایی است که میتوان آن را در کسری از میلیمتر در سراسر یک سلول 182 mm یا 105 mm اندازهگیری کرد. دمای پردازش دخیل — حدود 110 °C در مراحل بعدی در برابر مرجع محیطی نزدیک به 22 °C — تعیین میکند که چه مقدار انقباض تفاضلی انباشته میشود. خمیدگی اهمیت دارد زیرا یک سلول تابخورده بهصورت صاف روی رشتهکش یا در لمینت قرار نمیگیرد، که منجر به خطاهای موقعیتیابی، ضخامت ناهموار ماده کپسولهکننده پس از لمینتکردن و در بدترین حالت، ریزترکها در محل اتصال میشود.
تولید ماژول PV · توسط جری، Ooitech
خمیدگی و تاببرداری سلول خورشیدی BC
در رقابت شدید بین مسیرهای فناوری فتوولتائیک، سلولهای خورشیدی BC (تماس پشتی) به دلیل طراحی کارآمد و ظاهر تمیز خود برجسته هستند. با عدم وجود خطوط شبکه فلزی در سطح جلویی، سلولهای BC به یکی از پرتوجهترین جهتهای فناوری در صنعت تبدیل شدهاند.
با این حال، پشت این ظاهر تمیز، یک مشکل دشوار در تولید نهفته است: سلولهای BC به طور طبیعی بیشتر مستعد خمیدگی و تاببرداری هستند.
همانطور که متخصصان صنعت اشاره کردهاند، همه الکترودها در سمت پشتی قرار دارند، بنابراین سلول ذاتاً مستعد تغییر شکل است. در طول مونتاژ ماژول، مواد بیشتری بهطور مداوم به پشت اضافه میشود، از جمله چسب عایق، جایی که تغییرات فشار و ضخامت موضعی آشکارتر است.s، و خمیر لحیم. با انباشته شدن این لایهها، مشکل تابخوردگی میتواند بهطور فزایندهای جدیتر شود.
پس چرا سلولهای BC نسبت به سلولهای خورشیدی معمولی بیشتر مستعد خمیدگی و تاببرداری هستند؟
1. عدم تقارن ساختاری خطر ذاتی تاببرداری ایجاد میکند
بارزترین ویژگی سلول BC این است که هر دو الکترود مثبت و منفی روی سطح پشتی قرار دارند. هیچ خط شبکه فلزی در جلو وجود ندارد. این طراحی جذب نور را بهبود میبخشد، اما یک ضعف ساختاری ذاتی نیز ایجاد میکند.
تحقیقات نشان میدهد که سلولهای BC تابخوردگی بهمراتب بیشتری نسبت به TOPCon سلولهایی با الکترودهای توزیعشده در سطوح جلو و عقب نشان میدهند. در ساختارهای مشابه سمت پشتی، خطوط شبکه جلویی میتوانند تا حدی تغییر شکل ناشی از انقباض در پشت را جبران کنند.
سلولهای BC این خطوط شبکه جلویی را ندارند. عدم تعادل تنش حاصل بین سطوح جلو و پشت، تغییر شکل استوانهای را در طول تولید و استفاده محتملتر میکند.
این عدم تقارن ساختاری اساساً نتیجه تنش ناهموار است. این مشابه نحوه خم شدن گل آفتابگردان به سمت نور خورشید به دلیل نرخ رشد متفاوت در دو طرف سایهدار و روشن آن است. در سلول BC، تنش انقباضی تولید شده توسط لایههای متعدد سمت پشتی بسیار بیشتر از تنش روی سطح جلویی است و به طور طبیعی باعث خم شدن ویفر میشود.
۲. عدم تطابق انبساط حرارتی بین مواد سمت پشتی
چندین لایه عملکردی باید در پشت سلول BC اعمال شود. علاوه بر الکترودهای فلزی معمولی، این لایهها ممکن است شامل مواد عایق، خمیر لحیم و نوارهای لحیم باشند. تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین این مواد عامل اصلی تاب برداشتن است.
تفاوت انبساط بین فلز و سیلیکون به ویژه قابل توجه است. نقره دارای ضریب انبساط حرارتی تقریباً هفت برابر سیلیکون است. در طول تولید سلول، این تفاوت میتواند تنش حرارتی قابل توجهی بین متالیزاسیون نقره و زیرلایه سیلیکونی ایجاد کند. تاب برداشتن ممکن است پس از چاپ خمیر لحیم حتی شدیدتر شود.
مواد عایق نیز نقش مهمی ایفا میکنند. عایق برای جدا کردن الکترودهای مثبت و منفی در سطح پشتی مورد نیاز است، اما ضریب انبساط حرارتی ماده عایق با ویفر سیلیکونی متفاوت است. اگر ناحیه تماس بین عایق و سلول بیش از حد بزرگ باشد، مصرف مواد افزایش مییابد و تنش ناشی از عدم تطابق انبساط حرارتی نیز افزایش مییابد. این میتواند تاب برداشتن سلول را تشدید کند و منجر به خطرات فرآیندی مانند شکستن سلول و چسبیدن یا همپوشانی سلولها در هنگام جابجایی شود.
۳. لحیمکاری یکطرفه تنش مکانیکی نامتعادل ایجاد میکند
ماژولهای BC معمولاً از لحیمکاری یکطرفه استفاده میکنند و تمام نوارهای لحیم در سطح پشتی متمرکز هستند. این اساساً با لحیمکاری دوطرفه معمولی متفاوت است.
به عنوان مثال، وقتی ۲۱ نوار لحیم به یک سلول ۱۸۲ میلیمتر × ۱۰۵ میلیمتر متصل میشود، تاب برداشتن قابل توجهی با کاهش دما از ۱۱۰ درجه سانتیگراد به ۲۲ درجه سانتیگراد رخ میدهد. این اتفاق میافتد چه ضخامت سلول ۰.۱۳ میلیمتر، ۰.۱۵ میلیمتر یا ۰.۱۸ میلیمتر باشد.
تغییر شکل عمدتاً از تنش حرارتی ناهموار تولید شده در طول لحیمکاری ناشی میشود. این یک مشکل ساختاری ذاتی مرتبط با اتصال یکطرفه مورد استفاده برای سلولهای BC است.
نگرانکنندهتر این است که افزایش ضخامت سلول مشکل را به طور مؤثر حل نمیکند. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که لحیمکاری یکطرفه میتواند تابیدگی تا ۴.۹ میلیمتر ایجاد کند. حتی زمانی که ضخامت سلول به ۰.۱۸ میلیمتر افزایش مییابد، تابیدگی تنها حدود ۱۸٪ کاهش مییابد. در شرایط مشابه، حداکثر تابیدگی ناشی از لحیمکاری دوطرفه تنها ۰.۰۷ میلیمتر است.
| شرایط لحیمکاری | شرایط سلول یا فرآیند | رفتار تابیدگی گزارششده |
|---|---|---|
| لحیمکاری یکطرفه | سلول ۱۸۲ میلیمتر × ۱۰۵ میلیمتر با ۲۱ نوار | تابیدگی قابل توجه در هنگام خنکشدن از ۱۱۰ درجه سانتیگراد به ۲۲ درجه سانتیگراد |
| لحیمکاری یکطرفه | ضخامت سلول ۰.۱۳ میلیمتر، ۰.۱۵ میلیمتر یا ۰.۱۸ میلیمتر | تابیدگی در هر سه ضخامت قابل توجه باقی میماند |
| لحیمکاری یکطرفه | نتیجه شبیهسازی | تابیدگی میتواند به ۴.۹ میلیمتر برسد |
| لحیمکاری یکطرفه | ضخامت به ۰.۱۸ میلیمتر افزایش یافت | تابیدگی تنها حدود ۱۸٪ کاهش مییابد |
| لحیمکاری دوطرفه | همان شرایط مقایسه | حداکثر تابیدگی تقریباً ۰.۰۷ میلیمتر است |
این بدان معناست که دستیابی به سطح تابیدگی لحیمکاری دوطرفه تنها با ضخیمکردن ویفر نیاز به ضخامتی بسیار فراتر از ۰.۱۸ میلیمتر دارد. این امر مصرف سیلیکون و هزینه مواد را به طور قابل توجهی افزایش میدهد.
مشکل میتواند به مرحله لمینت نیز ادامه یابد. تابخوردگی نامتقارن ناشی از لحیمکاری یکطرفه ممکن است لایه محافظ اطراف لبههای سلول و ناحیه مرکزی را فشرده کند. ماده کپسولهکننده میتواند نازکتر شود یا حتی سوراخ شود و نقاط تمرکز تنش موضعی ایجاد کند که یکپارچگی ساختاری و قابلیت اطمینان بلندمدت ماژول را تهدید میکند.
۴. سلولهای نازکتر و بزرگتر مشکل را تشدید میکنند
صنعت فتوولتائیک همچنان به دنبال ویفرهای نازکتر برای کاهش هزینه سیلیکون و فرمتهای سلول بزرگتر برای افزایش توان ماژول است. هر دو روند میتوانند تابیدگی سلول BC را شدیدتر کنند. تحقیقات نشان میدهد که کاهش ضخامت سلول و افزایش اندازه سلول هر دو به طور قابل توجهی تغییر شکل را افزایش میدهند.
برای سلول ۲۱۰ میلیمتر × ۲۱۰ میلیمتر، کاهش ضخامت از ۱۵۰ میکرومتر به ۷۰ میکرومتر تابیدگی گزارششده را از ۱.۶۹ میلیمتر به ۸.۲۵ میلیمتر افزایش میدهد، تقریباً پنج برابر افزایش.
| اندازه سلول | ضخامت سلول | تابیدگی گزارششده |
|---|---|---|
| ۲۱۰ میلیمتر × ۲۱۰ میلیمتر | ۱۵۰ میکرومتر | ۱.۶۹ میلیمتر |
| ۲۱۰ میلیمتر × ۲۱۰ میلیمتر | ۷۰ میکرومتر | 8.25 میلیمتر |
این ارقام بهوضوح چالشی را که نازکسازی ویفر ایجاد میکند نشان میدهند. برای صنعتی که به دنبال بازدهی بالاتر و هزینههای کمتر است، کنترل تابخوردگی در حین کاهش ضخامت سیلیکون به یک مانع فنی تبدیل شده است که باید برطرف شود.
6. راهبردهای کاهش اثر و چشمانداز صنعت
صنعت در حال حاضر چندین روش را برای مدیریت تابخوردگی سلولهای BC بررسی میکند. رویکردهای رایج عبارتند از:
طراحی ماژول نیمسلولی: ابعاد کوچکتر سلول میتواند ارتفاع خمیدگی مطلق را کاهش دهد.
مواد و عرض بهینه خطوط شبکه: تنظیم ساختارهای متالیزاسیون میتواند به مدیریت تنش سمت پشتی کمک کند.
لحیمکاری در دمای پایین: دماهای پایینتر فرآیند میتواند تنش حرارتی را در طول اتصال کاهش دهد.
پرس گرم با چسب رسانا: این روش جایگزینی برای فرآیندهای لحیمکاری سنتی با دمای بالا فراهم میکند.
مکانیسمهای اصلاح با بلوک فشار منحنی: ساختارهای اصلاحی ویژه میتوانند در تجهیزات تاببر و استرینگر ادغام شوند تا شکل سلول را در طول فرآیند کنترل کنند.
اتصال نوار لحیم با دمای پایین
مراجع
دونگ پنگ، تحقیق در مورد فرآیندهای سلول خورشیدی پشتتماسی نوع N با بازده بالا
میکان سولار، رفتار تابخوردگی و بهینهسازی ساختار خط شبکه سلولهای BC نازک با فرمت بزرگ
بررسی انرژی خورشیدی و ذخیرهسازی، ظاهر جذاب لحیمکاری یکطرفه نمیتواند تابخوردگی و خطرات مرتبط با آن را پنهان کند
دیدگاه Ooitech
کنترل تابخوردگی باید بهعنوان یک مسئله کامل فرآیند ماژول در نظر گرفته شود، نه فقط یک مشکل ضخامت سلول. دمای لحیمکاری، چیدمان نوار، کنترل فشار، جابجایی و لمینیت باید با هم تنظیم شوند، بهویژه زمانی که از سلولهای BC نازک و با فرمت بزرگ استفاده میشود. یک تغییر شکل کوچک که در مرحله اتصال کنترل نشود، میتواند بعداً در خط تولید به مشکل بازدهی یا قابلیت اطمینان تبدیل شود.
