本文研究了背接觸（BC）太陽能電池在組件封裝過程中的電池到組件（CTM）比率，這是光伏行業(yè)中一個創(chuàng)新且日益重要的研究焦點。通過比較雙面電池和背接觸電池組件的CTM損失因素，研究揭示了晶體硅太陽能電池與先進封裝材料及互連技術(shù)之間的兼容性差異。

BC技術(shù)概述

典型BC太陽能電池和雙面太陽能電池的正面和背面視圖

BC電池由于正面沒有電極，能夠更有效地捕獲入射光，實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率和更好的美觀性，但其制造工藝復雜，光學增益依賴于封裝材料。

雙面電池雖然存在正面電極遮擋的問題，但能夠利用背面反射光發(fā)電，且制造工藝成熟，生產(chǎn)成本較低。

BC太陽能電池和雙面太陽能電池的間隙互連結(jié)構(gòu)

BC電池由于所有電極位于背面，互連工藝簡化，能夠通過重疊焊接技術(shù)實現(xiàn)高密度封裝，減少非活性區(qū)域，提高組件的功率密度。

雙面電池由于需要在正面和背面之間交替連接，互連工藝復雜，間隙設(shè)計受到限制，但仍能通過零間隙或小間隙互連技術(shù)提高組件性能。

封裝損失分析-影響CTM 的因素

按影響程度從高到低依次為：焊帶電阻、匯流條電阻、電池電流匹配、接線盒電阻、焊帶遮光和接觸電阻。影響因素的比較

BC電池和雙面電池的重疊焊接互連結(jié)構(gòu)

BC電池：所有電極位于背面，互連僅在背面進行，焊帶依次連接相鄰電池的正負電極。這種設(shè)計簡化了互連工藝，減少了焊接點的數(shù)量。

雙面電池：電極分布在正面和背面，互連需要在正面和背面之間交替連接。這種設(shè)計增加了焊接點的數(shù)量，提高了工藝復雜度。

典型BC電池的重疊焊接互連

簡化互連：所有電極位于背面，互連工藝簡化，減少了焊接點的數(shù)量，降低了工藝復雜度。

高密度封裝：通過重疊焊接技術(shù)，可以實現(xiàn)零間隙或負間隙互連，減少非活性區(qū)域，提高組件的功率密度。

減少光學損失：由于沒有正面電極，BC電池能夠更有效地捕獲入射光，減少光學損失。

組件非活性區(qū)域的橫截面圖

非活性區(qū)域的影響：

非活性區(qū)域會導致部分太陽能輻射無法被電池捕獲，從而降低組件的CTM比率。通過優(yōu)化組件設(shè)計，可以減少非活性區(qū)域，提高組件的功率密度。

雙面太陽能電池組件和BC太陽能電池組件的CTM比率影響因素對比

光學增益與光學損失的差異：

雙面電池組件：光學增益主要來自正面焊帶和正面電極的反射，光學損失主要來自正面焊帶和電極的遮光。

BC電池組件：由于沒有正面電極和焊帶，BC電池組件沒有來自正面金屬反射的光學增益，也沒有正面電極和焊帶的遮光損失。其光學增益主要依賴于封裝材料的選擇。

幾何損失與電學損失的相似性：兩種組件的幾何損失和電學損失機制相似，但BC電池組件由于背面電極設(shè)計，可能在幾何損失和電學損失方面具有優(yōu)勢。

封裝材料的影響：

雙面電池組件：光學增益和損失主要與正面金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)，封裝材料的作用相對較小。

BC電池組件：光學增益和損失主要依賴于封裝材料的選擇。通過優(yōu)化玻璃、膠膜和背板，可以顯著提高BC電池組件的CTM比率。

玻璃匹配驗證

玻璃透過率、電池量子效率以及不同增透膜玻璃變化情況

玻璃透過率曲線隨增透膜厚度的變化趨勢：當玻璃表面增透膜厚度改變時，透過率曲線峰值會向長波長移動。合適的增透膜厚度可減少光反射，增加光的吸收和利用，進而提高CTM 比率。

不同類型晶體硅太陽能電池的量子效率曲線：BC 太陽能電池在波長約 450nm 后出現(xiàn)響應(yīng)峰值，在 500 - 650nm 達到最大響應(yīng)值。這表明 BC 太陽能電池對該波長范圍的光吸收和轉(zhuǎn)化效率較高。

不同增透膜玻璃的透過率曲線對比：雙層高透光鍍膜玻璃在全波長范圍透過率最高，能有效增加光的透過，提升組件功率輸出；雙層無色鍍膜玻璃在不同波長范圍透過率有差異，在560nm 以下透過率低于單層鍍膜玻璃，560nm 以上則超過單層鍍膜玻璃。

單層鍍膜玻璃和雙層無色鍍膜玻璃的IBC太陽能電池組件

使用單層鍍膜玻璃的組件呈現(xiàn)藍色，這是因為單層鍍膜在特定厚度下，增強了某些波長光的反射，使反射光中藍色光成分增加，導致組件外觀呈藍色。而使用雙層無色鍍膜玻璃的組件實現(xiàn)了全黑外觀，提升美觀度。

CIE Lab色彩空間及色差可視化

CIE Lab色彩空間，說明了如何通過a、b值表示玻璃顏色的變化，以及色差（ΔE）的計算方法。當ΔE<1.5?時，人眼很難察覺顏色差異。在研究中，該圖用于分析太陽能組件顏色，幫助理解玻璃鍍膜厚度與顏色的關(guān)系，以及顏色對組件外觀和CTM 比率的影響。

a和b值曲線及涂層厚度對顏色顯示的影響

展示了不同涂層厚度下a和b值的變化趨勢，說明了涂層厚度對玻璃顏色的影響。

以單層鍍膜為例，接近110nm 時，a 趨向 + 1、b 趨向 2，玻璃呈深藍色；接近 90nm 時，a、b 都趨向 + 1，玻璃呈橙黃色。

對于雙層鍍膜，膜厚變化會使玻璃反射光譜改變，在紅藍色調(diào)間過渡，且底層和表層膜厚分別與a、b 值負相關(guān)，通過調(diào)整膜厚能控制色度、降低顏色差異，實現(xiàn)無色玻璃的視覺效果。

薄膜匹配驗證

不同封裝薄膜的透光率曲線

透光率差異：在290-380nm波長范圍，POE封裝膜透光率略高于EPE；在380 - 1100nm范圍，EPE封裝膜透光率比POE高約0.6%。整體來看，EPE 封裝膜在太陽能電池常用的380 - 1100nm光譜范圍內(nèi)具有透光優(yōu)勢。

組件性能差異：對于23.7% 和 24.0% 效率的 IBC 太陽能電池，采用 EPE 封裝膜的組件功率和CTM 比率均高于 POE 封裝膜。

背板匹配驗證

不同背板的反射率曲線

背板反射率差異：早期黑色背板內(nèi)表面幾乎無反射率，而高反射率黑色背板通過添加高反射率黑色顏料，在780 - 1100/1400nm 近紅外光范圍內(nèi)反射率大幅提升。

對組件性能的影響：使用白色背板時，其在400-1100nm 反射率達 80%，組件功率和CTM 比率有一定數(shù)值；使用高反射率黑色背板，組件功率和CTM 比率進一步提升。

工藝缺陷驗證

焊接互連結(jié)構(gòu)

焊接質(zhì)量對BC 太陽能電池組件性能和CTM 比率影響巨大。焊接缺陷會引發(fā)功率損耗增加，導致組件功率、CTM 比率以及關(guān)鍵電性能參數(shù)下降。在生產(chǎn)過程中，必須嚴格控制焊接工藝，提高焊接質(zhì)量，減少空焊、斷指和滑移等缺陷，以保障BC 太陽能電池組件的高效穩(wěn)定運行，提升其整體性能和CTM 比率。

本文通過對背接觸（BC）太陽能電池組件封裝過程中電池到組件（CTM）比率的系統(tǒng)研究，揭示了影響CTM比率的關(guān)鍵因素，并提出了優(yōu)化封裝策略。研究結(jié)果表明，封裝材料和互連技術(shù)的選擇對BC太陽能電池組件的性能具有顯著影響。盡管BC電池在消除正面電極遮光損失方面具有優(yōu)勢，但其光學增益的局限性需要通過優(yōu)化封裝材料來彌補。實驗驗證了不同類型的光伏玻璃、封裝薄膜和背板對CTM比率的提升作用，同時強調(diào)了焊接質(zhì)量和電池匹配對組件性能的重要性。美能QE量子效率測試儀

美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應(yīng)，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優(yōu)勢。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素燈雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

在實驗環(huán)節(jié)，借助美能QE量子效率測試儀，精確測量不同類型晶體硅太陽能電池在300 - 1100nm光譜范圍內(nèi)的量子效率曲線，這些精確數(shù)據(jù)為評估電池對不同波長光的響應(yīng)能力提供了依據(jù)。

原文出處：Study on the cell-to-module encapsulation losses of backcontact solar cell modules

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