TOPCon対BC太陽電池：裏面比較
目次
TOPConとBCの違いは通常、測定可能なセルの表側で議論される。製造上のリスクのほとんどは、目を凝らして探さなければならない裏側に存在する。
PV Cell Technology · Module Manufacturing · by Jerry, Ooitech
1. 1枚の写真で見る比較
図1：TOPConセルの裏面（左）とBCセルの裏面（右）。TOPConの裏面は連続的でほぼ均一な面である。BCの裏面は離散的な電極ゾーンに組織化されている。
左のセルは従来の裏面構造がどのようなものかを示している。広く均一な面に、単一系統の特徴が走っている。右のセルは構造的に異なることをしている。正極と負極の両方の電極が同じ面に存在するため、パターンはより密で分節化されている。
この単一の観察が、モジュール製造のあらゆる段階でBCに付きまとうトレードオフを説明している。
2. BCが両面受光性で表側効率を買う理由
BCは両方の極性を裏面に移動させる。したがってセルの表側にはバスバーもフィンガーもなく、金属が入射光を遮ることも、表側で遮蔽損失を払うこともない。これがBCの表側効率優位性の源であり、それは実在する。
その代償は裏面で払われる。すべての金属化が片面に集中するため、BCセルの裏面は細かいフィンガーとバスバーで混み合っている。これらの金属線は、そうでなければ裏面の照射を集めるであろう面積を占めるため、BCモジュールは同じフォーマットのTOPConモジュールよりも裏側から集める光が少ない。これがBCの両面受光性がTOPConの両面受光性を下回る構造的な理由であり、どんなプロセス調整でもそれを取り除くことはできない。これは設計上の帰結であり、欠陥ではない。
| TOPCon | BC | |
|---|---|---|
| 電極配置 | 対向する面に逆極性 | 裏面に両極性 |
| 表側の遮蔽 | フィンガーとバスバーが表側を遮蔽する | 表側の金属化がなく、表側の遮蔽もない |
| 裏面の光収集 | 裏面は金属化がほぼない | 裏面の金属化が集光面積を減らす |
| 追加プロセス工程 | 極性分離に特有のものはない | 逆極性電極間の絶縁材料 |
3. 電極配置の問題
図2：BC裏面のより近い視点。強調された領域は、逆極性の構造が近接して走る場所であり、まさに絶縁が保持されなければならない場所である。
TOPConの裏面では、極性はセルの異なる面にあるため決して出会わない。BCの裏面では同じ面を共有し、負のフィンガー、負のバスバー、正のフィンガー、正のバスバーというゾーンに配置され、すべて同じ平面上で交互に並んでいる。
この隣接がエンジニアリング上の問題である。短い距離を隔てて存在する逆極性の2つの電極は、印刷欠陥、はんだ付けの逸脱、汚染、取り扱い中の機械的損傷などによって接触すれば、セルを短絡させる。それらの間に印刷された絶縁材料がそれを防ぐため、これは保護のための追加ではなく機能層なのである。
この材料とプロセスの側面については、 なぜBC太陽電池は裏面に絶縁接着剤を必要とするのかで詳しく扱っており、その層が果たすべき役割と適用方法も含まれている。
4. 実験室試験では答えられない問い
絶縁が印刷層に依存すると、明らかな疑問はその層がどれだけ持つかである。モジュール保証は25年に及び、設置環境は穏やかではない。日々の温度変動、持続的な紫外線曝露、湿気の浸入、繰り返される熱サイクルがすべて同じ界面に作用する。
絶縁層はその全期間にわたって絶縁性を保たなければならない。ひび割れ、白亜化、剥離、または導電経路への劣化が起きてはならない。製造直後のセルが受入検査に合格することは、試験した日に層が正しく適用されたことを証明するだけである。12年目について何も証明しない。
これがBCをめぐる長期信頼性の議論の本質であり、批判ではなく公正な議論である。結果を決める変数は3つある。
| 可変 | 重要な理由 |
|---|---|
| 材料配合 | 耐候性は化学の特性である。「絶縁接着剤」を販売する2つのサプライヤーは、UVおよび耐湿熱性能で数年異なることがある。 |
| コーティング管理 | 厚さの均一性とエッジの定義が、絶縁が連続しているかどうかを決める。薄いまたは途切れた印刷は潜在的な短絡である。 |
| キュアリング | 硬化不足の材料は反応性成分を保持し接着力を失い、過硬化は脆化させる。どちらも現場寿命を短縮する。 |
ここでサプライヤーが分かれる。厳密な印刷と硬化管理を伴う高耐候性配合を使用するメーカーは、25年の問いに対する余裕を買っている。絶縁層を最小化すべきコスト項目として扱うメーカーは、モジュールが現場に出て保証の手が届かなくなるまで現れないリスクを抱えている。
5. これがモジュールラインで変えるもの
BCモジュールを組み立てる工場にとって、裏面構造は現場で4つのことを変える。
| エリア | 変わるもの |
|---|---|
| ストリンギング | すべての相互接続が片面に着地する。配置公差とはんだ付け温度管理がより重要になる。絶縁層付近のはんだ付け逸脱は、光学的に見えない損傷を与えるためである。 |
| 機械的応力 | セルの片面を加熱し、もう片面がより低温のままであると、反りが発生します。BCストリングスとモジュールはこれに対してより敏感であり、この点は次で扱っています： なぜBCセルストリングはボートのように反るのか および なぜBCセルはより反りやすいのか. |
| 検査 | 隣接する電極間の短絡は、機械的な欠陥として現れないことがあります。ELイメージングはその電気的な結果を明らかにし、極性がどこを通っているかを知った上で読み取る必要があります。 |
| トレーサビリティ | この故障モードは即時ではなく潜在的なものであるため、モジュールごとの試験記録だけが、数年後のフィールドクレームに答える唯一の手段となります。 |
このことは、BCを絶対的な意味で製造しにくくするものではありません。特定の、識別可能な箇所でプロセスウィンドウを狭め、ばらつきのコストを高めます。これは設備に直接的な影響を及ぼします。BCフォーマットを流すラインには、同じラインでTOPConを流す場合よりも狭いウィンドウに合わせたはんだ付け制御と検査能力が必要です。
6. リスクを低減する方法
投資回収の順に並べた4つの実践的対策。
- サプライヤーではなく、絶縁材料を認定する。 一般的な「anti-PID」や「絶縁」という主張ではなく、特定の配合に関するUVおよび耐湿熱データを求めてください。使用する可能性のある範囲、および計画中のセカンドソースを含め、配合を比較してください。
- 印刷と硬化をプロセスパラメータとして管理する。 厚さの均一性、エッジの形状、硬化スケジュールは、限界値と記録を伴うプロセス管理計画に含めるべきです。なぜなら、それらが防ぐ故障はステーションでは目に見えないからです。
- 光学的にだけでなく、電気的に検査する。 ストリング後およびラミネーション後のELイメージングを、モジュールバーコードごとのI-V測定と組み合わせることが、潜在的なリスクを検出可能なものに変えます。ELが適切なツールである理由は次に記載しています： EL検査：インライン方式とオフライン方式の比較.
- ストリンガーをフォーマットに合わせる。 BCインターコネクトはすべて片面にあるため、はんだ付けヘッドの構成、リボンの取り扱い、温度プロファイルはフォーマット固有です。当社の SS-1500Bタバーストリンガー はまさにこの理由からBC、TOPCon、PERCセルをカバーするように仕様化されており、当社は欧州のメーカーにBCストリング能力を納入してきました。その中には ポーランドのモジュールメーカー.
7. FAQ
なぜBCの両面率はTOPConより低いのか？
両方の電極が裏面にあるためです。裏面メタライゼーションは、そうでなければ裏面の照射を集めるであろう面積を占めるため、セルに背面から届く光が少なくなります。TOPConは2つの極性を反対の面に保つため、裏面は比較的開放されています。これはアーキテクチャの構造的な結果であり、製造品質の違いではありません。
BCセルの絶縁層は何のためか？
裏面を共有する正極と負極の電極を絶縁します。これがなければ、隣接する逆極性構造間の接触がセルを短絡させます。これは機能層であり、任意のコーティングではありません。
その層の25年間の信頼性は証明できるのか？
直接はできません。加速試験と受入検査は、その層が正しく適用され、仕様化されていたことを示します。25年間絶縁性を保つかどうかは、配合、印刷の均一性、硬化、そしてそれらがUV、湿気、熱サイクル下でどのように持ちこたえるかに依存します。だからこそ、材料仕様とプロセス記録は、受入試験結果と同じくらい重要です。
BCはTOPConとは異なる設備が必要か？
異なる機械ではありませんが、特定の箇所で異なる設定とより厳しい管理が必要です：はんだ付け温度とヘッド構成、片面加熱を避ける取り扱い、目に見える機械的痕跡のない電気的故障を検出できる検査。多くのストリンガープラットフォームは、正しく構成すれば両方のフォーマットに対応します。
裏面メタライゼーションパターンはEL検査に影響するか？
画像の読み取り方が変わります。BCの裏面の短絡や断線領域は、必ずしも明らかな視覚的欠陥に対応するわけではないため、作業者は異常を判断する前に、極性がどこを通っているか、正常な裏面がどのように見えるかを知っている必要があります。セルフォーマット別の参照画像をステーションに保管しておく価値があります。
新しいモジュール工場はどのフォーマットを選ぶべきか？
モジュールがどこに設置されるかによります。TOPConのより高い両面率は、裏面照射が意味を持つ地上設置および高所設置に有利です。BCの表面効率は、屋根などの面積制約のある用途に有利であり、固定された屋根面積により多くの電力を詰め込むことが裏面の利得よりも重要です。正しい答えは、モジュール単体ではなく設置条件の関数です。
最終的な考察
裏面の写真は、データシートでは伝わらない形でBCのトレードオフを明瞭にします。両方の極性を裏面に移すことで表面効率を得て両面率を犠牲にし、長期的な挙動を実験室で証明できない印刷絶縁層を導入します。モジュール工場にとって、これは正しく行うべき3つのことを意味します：絶縁材料を具体的に認定し、印刷と硬化を記録を伴うプロセスパラメータとして管理し、潜在的な故障を検出されたものにするために電気的に検査することです。BCまたはTOPConフォーマット用にラインを構成する場合は、セルフォーマット、リボン仕様、目標モジュールサイズをお知らせください。それに合わせてストリングおよび検査構成を仕様化します。
