BC太陽電池の解説：構造、違い

簡単な回答： ABC太陽電池は、バックコンタクトの略で、正極と負極の両方のコンタクトを裏面に持つ高効率結晶シリコンセルです。コンタクトを表面から遠ざけることで、従来のセルが受け入れていたバスバーの陰影がなくなり、セル面積のより多くを光に利用できるようになり、フロントはんだリボンも不要になります。その代償は、より高密度な裏面パターンです。両方の極性が裏面で交互配置されるため、裏面の金属化と2組のコンタクト間の絶縁は、TOPConやPERCセルよりもはるかに精密に定義する必要があります。この裏面の複雑さが、BCセルの製造コストを高め、ストリング化の要求を厳しくする原因であり、TOPConが位置する量産市場へ移行せず、このアーキテクチャが高効率製品層にとどまっている理由です。

PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著

製品紹介

BC太陽電池は、次の略称です： バックコンタクト太陽電池は、エミッタ、裏面電界、金属電極がすべてセルの裏面側に配置された高効率結晶シリコンセル技術です。その基本形態は通常IBC、すなわち インタージテーテッドバックコンタクト セルとして知られています。

従来の結晶シリコンセルと比較して、BCセルの最も目立つ特徴は、表面に金属グリッド線がないことです。表面にバスバーやフィンガーの遮蔽がないため、より多くの太陽光がセル表面に入射でき、光学損失が低減され、有効発電面積が増加します。これが、BCセルが高効率かつ高美観の太陽電池モジュールによく使用される理由です。

BCセルを差別化するもの

BCセルとPERC、 TOPCon またはHJTセルの主な違いは、単にウェーハの種類や単一のパッシベーション層ではありません。BC技術の核心的な考え方は構造にあります： PN接合と金属電極がセルの裏面側に移動されます.

例えば、TOPConはN型シリコン基板、表面パッシベーション、裏面トンネル酸化膜パッシベーテッドコンタクト構造に関連して議論されることが多いです。PERCは通常、裏面パッシベーションの改善に基づいています。HJTはアモルファスシリコンパッシベーションとヘテロ接合コンタクトを使用します。一方、BCは電流収集構造を裏面に移動することで表面電極の遮蔽を除去することに焦点を当てています。

このため、BCは他のセル技術と組み合わせることもできます。純粋なBC技術は一般にIBCで代表されます。 TOPConとBCを組み合わせるとTBC技術が形成され、HJTとBCを組み合わせるとHBC技術が形成されます。HPBCは一般にP型IBC関連ルートとして知られ、ABCはAll Back Contact技術を指し、銀削減または無銀設計の概念とともに議論されることが多いです。

技術パラメータ

典型的なBCセル構造

IBCを例に取ると、最も重要な構造的変化は、PN接合と金属電極の両方がセルの裏面側に配置されることです。表面は主に光吸収とパッシベーションに使用され、裏面は交互に配置された正負の領域を通じてキャリア分離と電流収集を完了します。

IBCセルの製造プロセス

典型的なIBCセルプロセスは以下のように要約できます：

1. 化学研磨とダメージ除去

2. BBr3チューブ拡散

3. ドライ酸素マスク成長

4. ローカルBSF開口のためのスクリーン印刷

5. POCl3チューブ拡散

6. テクスチャリング

7. 両面パッシベーション

8. ローカルコンタクト開口のためのスクリーン印刷

9. スクリーン印刷によるメタライゼーション

BC技術の核心的な課題は、セルの裏面に高品質のp型領域とn型領域を交互パターンで形成する方法です。典型的なプロセスでは、ホウ素を含む交互拡散マスクを裏面に印刷できます。拡散後、ホウ素がN型基板に入りp+領域を形成します。マスクが印刷されていない領域は、リン拡散によってn+領域を形成できます。

表面側では光閉じ込めを高めるためにピラミッドテクスチャが用いられ、一方で電気性能を向上させるためにフロントサーフェスフィールド（しばしばFSFと呼ばれる）が形成されます。この光学的マネジメントと裏面側のキャリア収集の組み合わせが、BC技術がプレミアムモジュールにとって魅力的である理由の一つです。

技術的優位性

表面側グリッドによる遮蔽なし

BCセルの最も直接的な利点は、表面に金属グリッド線がないことです。これにより遮蔽損失が減少し、光の利用率が向上します。モジュールの外観においても、オールブラックまたはほぼ均一な表面はよりクリーンな視覚効果をもたらし、分散型の商業用、産業用、および建築関連のPVアプリケーションで特に魅力的です。

より高い効率ポテンシャル

表面がより多くの入射光を受けることができるため、BCセルは理論的および実用的に強い効率優位性を持っています。TOPConやHJTなどの先進的なパッシベーション技術と組み合わせることで、BC構造は変換効率をさらに向上させることができます。

柔軟な技術統合

BCは単一のセルルートに限定されません。プラットフォーム構造として機能し、他の高効率技術と組み合わせることができます。これが、業界がTBC、HBC、HPBC、ABCなどのルートを議論する理由です。共通の方向性は同じです：光学損失を減らし、キャリア収集を改善し、モジュール出力を高めることです。

特殊な裏面側グリッド設計

正極と負極の両方が裏面側に配置されているため、BCセルのグリッドレイアウトは従来のセルとはかなり異なります。以下の例では、正極バスバーを赤線、負極バスバーを青線で示し、18BBの裏面側レイアウトを例としています。

細いフィンガーも表示すると、正極と負極のフィンガーはインターデジタルパターンで配置されています。PN接合領域も同様のインターデジタル方式で分布しています。メインバスバーは、対応するフィンガー構造と交差して接続することで電流を収集します。

実際のBCセル画像からは、裏面側のグリッド線だけでなく、ハーフセルの両側にあるPADポイントも確認できます。これらのPADポイントは、特に高密度相互接続構造において、電気接続とはんだ付け設計にとって重要です。

製品応用

BCセルストリングのはんだ付け原理

BCセルの半田付けは、従来のPERCやTOPConセルの半田付けとは異なります。一般的な両面グリッドセルでは、リボンは通常、あるセルの裏面から次のセルの表面へと接続されます。BCセルでは、正極と負極の両方が裏面にあるため、半田付けリボンは異なる接続経路をたどる必要があります。

図に示すように、BCストリングの半田付けは、隣接する2つのセル間に半田付けリボンを循環的かつ千鳥状のパターンで使用することでセルの直列接続を実現します。これは、リボンが一方のセルの裏面から次のセルの表面へと走るTOPConセルに用いられる溶接方法とは異なります。

フルセルは、AとBの2つのハーフセルに分割できます。AハーフセルとBハーフセルの電極は互いに反対向きに配置されています。BCセルストリングの半田付け中、開始セルからのリボンはAハーフセルの負極へ引き出され、その後切断されます。その後、以下の接続ロジックが繰り返されます：

• セル1のAハーフセルの正極から、同じセルのBハーフセルの負極へ

• セル1のBハーフセルの正極から、セル2のAハーフセルの負極へ

• 上記のサイクルを繰り返してセルストリングの接続を完了します

ハイライトされた領域では、リボンは実際には1本の連続したリボンです。異なる色は、正極と負極の関係をより理解しやすくするためにのみ使用されています。図は、BCセル上の循環的な千鳥状溶接パターンを明確に示しています。

完成したセルストリングは、複数のBCセルにわたって溶接リボンがどのように配置されるかを示しています。このタイプのストリング化には、正確なリボン配置、安定した張力制御、精密な位置決め、および裏面電極パターンへの十分な理解が必要です。

電流の流れ図は、直列接続の原理をさらに説明しています。電流経路は千鳥状のリボン配線によって裏面に形成されるため、BCストリング化装置とプロセス制御は、従来のセルに対する標準的なリボン半田付けよりも要求が厳しくなります。

お問い合わせとご購入

BCモジュール製造の実務上の注意点

BCモジュールの生産を計画しているメーカーにとって、セルストリング工程は最も重要なプロセスポイントの一つです。裏面電極設計では、従来のストリングロジックをそのまま流用することはできません。装置は、正確なバックコンタクト位置合わせ、制御されたリボン供給、安定したはんだ付け温度、溶接後の信頼性の高い検査をサポートする必要があります。

生産現場では、エンジニアはリボンの位置ずれ、はんだ接合部の品質、セルクラックリスク、PAD点のマッチング、電流経路の一貫性に細心の注意を払うべきです。裏面はんだ付けにおけるわずかな偏差でも、抵抗増加、電力損失、またはラミネーション後および長期屋外運転後の信頼性問題を引き起こす可能性があります。

Ooitechの見解

装置サプライヤーとして、私たちは次のように考えています。BC技術はセル効率の向上だけでなく、モジュール製造上の課題でもあり、特にストリングはんだ付け精度と裏面相互接続の制御が重要です。太陽電池パネル生産ラインにとって重要なのは、ストリンガー設計を実際のBCセル電極パターンに適合させることであり、改良型TOPConやPERCプロセスのように扱うことではありません。私たちの見解では、BCモジュールを評価する工場は、量産に移行する前に、パイロットスケールではんだ付け安定性、リボン配線、EL性能を検証すべきです。