Mengapa Sel Surya BC Lebih Rentan Terhadap Pelengkungan dan Warpage
Daftar Isi
Jawaban singkat: Sel back-contact lebih rentan terhadap pelengkungan dan warpage dibandingkan sel front-contact karena kedua kontak polaritas berada di bagian belakang, sehingga volume metalisasi belakang dan tegangan yang ditimbulkannya tidak seimbang terhadap bagian depan. Ketika sel mendingin setelah firing, logam belakang menyusut terhadap permukaan depan yang tidak termetalisasi, dan hasilnya adalah kelengkungan yang dapat diukur dalam pecahan milimeter pada sel 182 mm atau 105 mm. Suhu pemrosesan yang terlibat — sekitar 110 °C pada langkah-langkah selanjutnya terhadap referensi ambien mendekati 22 °C — menentukan seberapa besar kontraksi diferensial yang terakumulasi. Pelengkungan penting karena sel yang melengkung tidak duduk rata pada stringer atau di dalam laminasi, yang menghasilkan kesalahan posisi, ketebalan enkapsulan yang tidak merata setelah laminasi dan, dalam kasus terburuk, micro-crack pada sambungan.
Manufaktur Modul PV · oleh Jerry, Ooitech
Lengkungan dan Warpage Sel Surya BC
Dalam persaingan ketat antara jalur teknologi fotovoltaik, sel surya BC, atau back-contact, menonjol karena desainnya yang efisien dan bersih secara visual. Tanpa garis grid logam di permukaan depan, sel BC telah menjadi salah satu arah teknologi yang paling diperhatikan di industri.
Di balik penampilan bersih itu, terdapat masalah manufaktur yang sulit: sel BC secara alami lebih rentan melengkung dan berubah bentuk.
Seperti yang telah ditunjukkan oleh para spesialis industri, semua elektroda terletak di sisi belakang, sehingga sel secara inheren rentan terhadap deformasi. Selama perakitan modul, semakin banyak material yang terus ditambahkan ke bagian belakang, termasuk perekat isolasi, pita solders, dan pasta solder. Saat lapisan-lapisan ini menumpuk, masalah warpage dapat menjadi semakin serius.
Jadi, mengapa sel BC lebih rentan terhadap lengkungan dan warpage dibandingkan sel surya konvensional?
1. Asimetri Struktural Menciptakan Risiko Warpage yang Inheren
Fitur paling khas dari sel BC adalah bahwa elektroda positif dan negatif ditempatkan di permukaan belakang. Tidak ada garis grid logam di bagian depan. Desain ini meningkatkan penyerapan cahaya, tetapi juga memperkenalkan kelemahan struktural yang inheren.
Penelitian menunjukkan bahwa Sel BC menunjukkan warpage yang jauh lebih besar dibandingkan TOPCon sel dengan elektroda yang tersebar di permukaan depan dan belakang. Di bawah struktur sisi belakang yang serupa, garis grid depan dapat sebagian mengimbangi deformasi yang disebabkan oleh penyusutan di bagian belakang.
Sel BC tidak memiliki garis grid depan ini. Ketidakseimbangan tegangan yang dihasilkan antara permukaan depan dan belakang membuat deformasi silindris lebih mungkin terjadi selama manufaktur dan penggunaan.
Asimetri struktural ini pada dasarnya adalah hasil dari tegangan yang tidak merata. Ini mirip dengan cara bunga matahari membungkuk ke arah sinar matahari karena perbedaan laju pertumbuhan pada sisi yang teduh dan sisi yang terkena cahaya. Dalam sel BC, tegangan kontraksi yang dihasilkan oleh beberapa lapisan sisi belakang jauh lebih besar daripada tegangan di bagian depan, yang secara alami menyebabkan wafer melengkung.
2. Ketidakcocokan Ekspansi Termal Antara Material Sisi Belakang
Beberapa lapisan fungsional harus diterapkan di bagian belakang sel BC. Selain elektroda logam konvensional, ini dapat mencakup bahan isolasi, pasta solder, dan pita solder. Perbedaan koefisien ekspansi termal di antara material-material ini adalah pendorong utama terjadinya lengkungan.
Perbedaan ekspansi antara logam dan silikon sangat signifikan. Perak memiliki koefisien ekspansi termal sekitar tujuh kali lipat dari silikon. Selama pembuatan sel, perbedaan ini dapat menghasilkan tegangan termal yang substansial antara metalisasi perak dan substrat silikon. Lengkungan dapat menjadi lebih parah setelah pasta solder dicetak.
Bahan isolasi juga memainkan peran penting. Isolasi diperlukan untuk memisahkan elektroda positif dan negatif di permukaan belakang, tetapi koefisien ekspansi termal bahan isolasi berbeda dari wafer silikon. Jika area kontak antara isolasi dan sel terlalu besar, konsumsi material meningkat dan tegangan yang disebabkan oleh ketidakcocokan ekspansi termal juga meningkat. Ini dapat memperparah lengkungan sel dan menyebabkan risiko proses seperti sel pecah dan sel saling menempel atau tumpang tindih selama penanganan.
3. Penyolderan Satu Sisi Menghasilkan Tegangan Mekanis yang Tidak Seimbang
Modul BC biasanya menggunakan penyolderan satu sisi, dengan semua pita solder terkonsentrasi di permukaan belakang. Ini pada dasarnya berbeda dari penyolderan dua sisi konvensional.
Misalnya, ketika 21 pita solder dipasang pada sel 182 mm × 105 mm, lengkungan yang signifikan terjadi saat suhu turun dari 110°C menjadi 22°C. Ini terjadi baik ketebalan sel 0,13 mm, 0,15 mm, atau 0,18 mm.
Deformasi terutama berasal dari tegangan termal yang tidak merata yang dihasilkan selama penyolderan. Ini adalah masalah struktural yang melekat terkait dengan interkoneksi satu sisi yang digunakan untuk sel BC.
Yang lebih mengkhawatirkan adalah menambah ketebalan sel tidak menyelesaikan masalah secara efektif. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penyolderan satu sisi dapat menghasilkan lengkungan setinggi 4,9 mm. Bahkan ketika ketebalan sel ditingkatkan menjadi 0,18 mm, lengkungan hanya berkurang sekitar 18%. Dalam kondisi yang sama, lengkungan maksimum yang disebabkan oleh penyolderan dua sisi hanya 0,07 mm.
| Kondisi penyolderan | Kondisi sel atau proses | Perilaku lengkungan yang dilaporkan |
|---|---|---|
| Penyolderan satu sisi | Sel 182 mm × 105 mm dengan 21 pita | Lengkungan signifikan selama pendinginan dari 110°C hingga 22°C |
| Penyolderan satu sisi | Ketebalan sel 0,13 mm, 0,15 mm, atau 0,18 mm | Lengkungan tetap signifikan pada ketiga ketebalan |
| Penyolderan satu sisi | Hasil simulasi | Lengkungan dapat mencapai 4,9 mm |
| Penyolderan satu sisi | Ketebalan ditingkatkan menjadi 0,18 mm | Lengkungan berkurang hanya sekitar 18% |
| Penyolderan dua sisi | Kondisi perbandingan yang sama | Lengkungan maksimum sekitar 0,07 mm |
Ini berarti bahwa mencapai tingkat lengkungan penyolderan dua sisi hanya dengan menebalkan wafer akan membutuhkan ketebalan yang jauh melebihi 0,18 mm. Hal itu akan secara substansial meningkatkan konsumsi silikon dan biaya material.
Masalah ini juga dapat berlanjut ke proses laminasi. Warpage asimetris yang disebabkan oleh penyolderan satu sisi dapat menekan enkapsulan di sekitar tepi sel dan area tengah. Enkapsulan dapat menjadi lebih tipis atau bahkan tertembus, menciptakan titik konsentrasi tegangan lokal yang mengancam integritas struktural dan keandalan modul jangka panjang.
4. Sel yang Lebih Tipis dan Lebih Besar Memperparah Masalah
Industri fotovoltaik terus mengejar wafer yang lebih tipis untuk mengurangi biaya silikon dan format sel yang lebih besar untuk meningkatkan daya modul. Kedua tren ini dapat membuat lengkungan sel BC lebih parah. Penelitian menunjukkan bahwa mengurangi ketebalan sel dan meningkatkan ukuran sel keduanya secara signifikan meningkatkan deformasi.
Untuk sel 210 mm × 210 mm, mengurangi ketebalan dari 150 μm menjadi 70 μm meningkatkan lengkungan yang dilaporkan dari 1,69 mm menjadi 8,25 mm, hampir lima kali lipat.
| Ukuran sel | Ketebalan sel | Lengkungan yang dilaporkan |
|---|---|---|
| 210 mm × 210 mm | 150 μm | 1,69 mm |
| 210 mm × 210 mm | 70 μm | 8,25 mm |
Angka-angka ini dengan jelas menunjukkan tantangan yang ditimbulkan oleh penipisan wafer. Bagi industri yang mencari efisiensi lebih tinggi dan biaya lebih rendah, mengendalikan lengkungan sambil mengurangi ketebalan silikon telah menjadi hambatan teknis yang harus diatasi.
6. Strategi Mitigasi Industri dan Prospek
Industri sudah mengeksplorasi beberapa cara untuk mengelola lengkungan sel BC. Pendekatan umum meliputi:
Desain modul setengah sel: Dimensi sel yang lebih kecil dapat mengurangi tinggi lengkungan absolut.
Material dan lebar garis grid yang dioptimalkan: Menyesuaikan struktur metalisasi dapat membantu mengelola tegangan sisi belakang.
Penyolderan suhu rendah: Suhu proses yang lebih rendah dapat mengurangi tegangan termal selama interkoneksi.
Pengepresan panas perekat konduktif: Ini memberikan alternatif untuk proses penyolderan suhu tinggi konvensional.
Mekanisme koreksi blok tekanan melengkung: Struktur koreksi khusus dapat diintegrasikan ke dalam peralatan tabber dan stringer untuk mengontrol bentuk sel selama pemrosesan.
Interkoneksi Pita Solder Suhu Rendah
Referensi
Dong Peng, Penelitian tentang Proses Sel Surya Back-Contact Tipe-N Efisiensi Tinggi
MeCan Solar, Perilaku Lengkungan dan Optimasi Struktur Garis Grid pada Sel BC Tipis Format Besar
Tinjauan Energi Surya dan Penyimpanan, Penampilan Menarik dari Penyolderan Satu Sisi Tidak Dapat Menyembunyikan Lengkungan dan Risiko Terkaitnya
Pandangan Ooitech
Pengendalian lengkungan harus diperlakukan sebagai masalah proses modul yang lengkap, bukan hanya masalah ketebalan sel. Suhu penyolderan, tata letak pita, kontrol tekanan, penanganan, dan laminasi harus disetel bersama, terutama saat sel BC tipis dan format besar digunakan. Deformasi kecil yang tidak terkendali pada tahap interkoneksi dapat menjadi masalah hasil atau keandalan di kemudian hari di lini produksi.
