Was ist IBC-Technologie?

• Die IBC-Zelle (Interdigitated Back Contact) ist eine Art von Rückverbindungstechnologie, bei der die positiven und negativen metallischen Elektroden in Form von gabelförmigen Fingern auf der Rückseite der Zelle angeordnet sind.
• In der Struktur dieser Rückkontakt-Solarzellen befindet sich der P-N-Übergang auf der Rückseite der Zelle und der Strom folgt einem zweidimensionalen Übertragungsmodell.
• MWT (Metal Wrap Through) und EWT (Emitter Wrap Through) gehören ebenfalls zu den Rückkontakt-Solarzellen. Da sich ihr P-N-Übergang jedoch auf der Vorderseite der Zelle befindet, werden sie als Frontübergangs-Rückkontakt-Solarzellen bezeichnet.

Struktur von IBC-Solarzellen

Die Hauptschicht der IBC-Solarzellen ist der n-Typ- oder p-Typ-c-Si-Wafer, der als Absorptionsschicht dient. Diese Schicht wird durch Dotierung der c-Si-Schicht mit Bor oder Phosphor hergestellt, um p-Typ- oder n-Typ-dotierte Wafer zu erzeugen. Anschließend wird oft eine aus SiO bestehende Anti-Reflexions- und Passivierungsschicht auf einer oder beiden Seiten der Solarzelle aufgetragen.

Wesentliche strukturelle Variationen bei IBC-Solarzellen beinhalten die Einführung einer Diffusionsschicht, die sich durch kreuzende n-Typ- und p-Typ-Schichten auszeichnet und die Installation von Metallkontakten auf der Rückseite ermöglicht.

Im letzten Schritt wird jeder Metallkontakt der IBC-Solarzelle auf der Rückseite von den Zellen platziert, was sicherstellt, dass die Vorderseite der Zelle komplett frei von Schattenmaterialien ist. Dies ermöglicht auch eine breitere Platzierung der Kontakte, wodurch der Serienwiderstand der Zelle verringert wird.

Die Mehrheit der IBC-Solarzellen besteht hauptsächlich aus c-Si-Wafern als n-Typ-Wafer-Absorptionsschicht, obwohl auch p-Typ-Wafer verwendet werden. Einkristallines Silizium (mono c-Si) ist aufgrund seiner höheren Effizienz die gängigste Wahl, aber polykristallines Silizium (poly c-Si) kann auch verwendet werden.

Eine Anti-Reflexions- und Passivierungsschicht wird auf einer oder beiden Seiten des c-Si-Wafers aufgetragen, wobei eine dünne Schicht Siliziumdioxid (SiO2) durch einen thermischen Oxidationsprozess aufgebracht wird. Andere geeignete Materialien wie Siliziumnitrid (SiNx) oder Bornitrid (BNx) können ebenfalls verwendet werden.

Um die Frontkontakte auf die Rückseite der IBC-Solarzelle zu verlegen, müssen verteilte oder sich kreuzende n+ und p+ Emitter-Schichten, auch als Diffusionsschichten bekannt, eingeführt werden. Um diese Schichten herzustellen, werden Prozesse wie maskierte Diffusion, Ionenimplantation oder Laserdotierung mit Bor auf dem n-Typ-Wafer angewendet, um p-Typ-dotierte Bereiche zu erzeugen und gleichzeitig die Integrität der n-Typ-Schicht zu erhalten.

Die Metallkontakte können mittels Laserablation oder nasschemischer Abscheidung platziert werden, wobei häufig verwendete Metallmaterialien wie Silber, Nickel oder Kupfer als Kontakte für die IBC-Solarzellen dienen.

Funktionsprinzip von IBC-Solarzellen

IBC-Solarzellen erzeugen Solarenergie durch den photovoltaischen Effekt ähnlich wie Al-BSF-Solarzellen. Die Last ist zwischen den positiven und negativen Anschlüssen des IBC-Solarzellenpanels angeschlossen. Die Photonen werden in elektrische Energie umgewandelt und es versorgt so die Last mit Solarenergie.

Wie bei herkömmlichen Solarzellen treffen Photonen auf die Absorptionsschicht der IBC-Solarzellen, regen Elektronen an und erzeugen Elektron-Loch-Paare (e-h). Da IBC-Solarzellen keine die Vorderseite beschattenden Metallkontakte haben, verfügen diese Solarzellen über eine größere Fläche zur Umwandlung des Photonenimpakts.

Die an der Vorderseite der IBC-Solarzellen gebildeten Elektron-Loch-Paare werden dann von der p-Typ-verzahnten Schicht auf der Rückseite gesammelt. Die gesammelten Elektronen fließen vom p-Typ-Metallkontakt zur Last, erzeugen Strom und kehren dann über den n+ Metallkontakt zur IBC-Solarzelle zurück, wodurch der spezifische e-h-Zyklus abgeschlossen wird.

Fertigungsverfahren für IBC-Zellen

PERC, TOPCon Und IBC-Technologien Im Vergleich

Vorteile der IBC-Technologie

• Die Vorderseite der Zelle hat keine Abschirmung der Metallgitterlinien, wodurch der Stromverlust durch Abschattung der Metallelektroden beseitigt und die Nutzung einfallender Photonen maximiert werden kann. Gegenüber der herkömmlichen Solarzellen kann der Kurzschlussstrom um etwa 7% gesteigert werden.
• Die positiven und negativen Elektroden befinden sich auf der Rückseite der Zelle, sodass das Problem wegen der Abschirmung der Gitterlinien nicht besteht. Der Anteil der Gitterlinien kann geeignet erhöht werden, um den Serienwiderstand zu verringern und den Füllfaktor (FF) zu verbessern.
• Die Oberflächenpassivierung und die Oberflächeneinfangstruktur können optimiert werden, um die Rekombinationsrate an der Vorderseite und die Oberflächenreflexion zu verringern, wodurch die Leerlaufspannung (VOC) und der Kurzschlussstrom (JSC) verbessert werden, da die Vorderseite keine Probleme wie Leitungsabschattung oder Metallkontakte aufweist.
• Schönes Erscheinungsbild, besonders geeignet für die Integration in Photovoltaik-Gebäude, mit guten kommerziellen Perspektiven.

Entwicklungsrichtung der IBC-Solarzelleneffizienz

IBC Solarzellen nutzen die Spitzentechnologie des Interdigitated Back Contact, indem sie Kontakte strategisch auf der Rückseite platzieren, um Abschattung und Stromverluste zu minimieren, was zu einer unvergleichlichen Energieumwandlungseffizienz führt.

Niedriger Temperaturkoeffizient

IBC-Solarpanels zeigen eine größere Stabilität in Hochtemperaturumgebungen im Vergleich zu traditionellen Panels（Temperaturkoeffizient von -0,29%/℃）. Ihr Design minimiert den internen Widerstand und Wärmeverluste, was zur Aufrechterhaltung einer höheren Umwandlungseffizienz unter erhöhten Temperaturen beiträgt.

Prognose der zukünftigen Entwicklung von IBC-Solarzellen

Kopecek sagte dem PV Magazin: „Bis 2028 könnten IBC-Solarmodule das derzeitige Hauptprodukt des Marktes, TOPCon, ablösen.“ Der Übergang zu IBC-Produkten könnte bereits 2025 beginnen und bis 2030 könnten traditionelle Produkte allmählich aus dem Markt ausscheiden.

Kopecek äußerte, dass der weltweite Marktanteil von IBC-Solarmodulen voraussichtlich von etwa 2% im Jahr 2022 auf rund 6% bis 2026 ansteigen wird, bis 2028 möglicherweise 20% erreicht und bis 2030 über 50% hinausgeht.

Referenz：

https://www.pv-magazine.de/2022/11/03/zelltechnologie-ibc-koennte-topcon-bis-2028-vom-markt-verdraengen/

https://solarmagazine.com/solar-panels/ibc-solar-cells/

https://www.energiemagazin.com/photovoltaik/ibc-technologie-solarzellen/

Maysun IBC-Solarmodule

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