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，這是光伏行業中一個創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之間的兼容性差異。

BC技術概述

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，實現更高的轉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電，且制造工藝成熟，生產成本較低。

BC太陽能電池和雙面太陽能電池的間隙互連結構

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實現高密度封裝，減少非活性區域，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，間隙設計受到限制，但仍能通過零間隙或小間隙互連技術提高組件性能。

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構

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。這種設計簡化了互連工藝，減少了焊接點的數量。

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。這種設計增加了焊接點的數量，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，減少了焊接點的數量，降低了工藝復雜度。

高密度封裝：通過重疊焊接技術，可以實現零間隙或負間隙互連，減少非活性區域，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。

組件非活性區域的橫截面圖

非活性區域的影響：

非活性區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。通過優化組件設計，可以減少非活性區域，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計，可能在幾何損失和電學損失方面具有優勢。

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構相關，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 后出現響應峰值，在 500 - 650nm 達到最大響應值。這表明 BC 太陽能電池對該波長范圍的光吸收和轉化效率較高。

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，在紅藍色調間過渡，且底層和表層膜厚分別與a、b 值負相關，通過調整膜厚能控制色度、降低顏色差異，實現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光譜范圍內具有透光優勢。

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

焊接互連結構

焊接質量對BC 太陽能電池組件性能和CTM 比率影響巨大。焊接缺陷會引發功率損耗增加，導致組件功率、CTM 比率以及關鍵電性能參數下降。在生產過程中，必須嚴格控制焊接工藝，提高焊接質量，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）比率的系統研究，揭示了影響CTM比率的關鍵因素，并提出了優化封裝策略。研究結果表明，封裝材料和互連技術的選擇對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勢，但其光學增益的局限性需要通過優化封裝材料來彌補。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，同時強調了焊接質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，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應偏低區域問題。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+鹵素燈雙光源結構，保證光源穩定性

在實驗環節，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光譜范圍內的量子效率曲線，這些精確數據為評估電池對不同波長光的響應能力提供了依據。

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

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