背接觸（BC）太陽能電池因其背面交叉指式PN結設計，在反向偏壓下具有獨特的軟擊穿特性。普遍認為在局部遮光條件下，比TOPCon組件具備更優的功率輸出性能。然而，本研究通過實驗并結合美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試MPPT在模擬戶外實際遮光場景的對比測試中發現：BC組件僅在子串中被遮電池數量少于3個時優于TOPCon組件。其原因在于BC電池的擊穿電壓（–5 V）與旁路二極管開啟所需反向偏壓（–15 V）之間的匹配關系。

實驗方法

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左：半導體隧道效應示意圖；右：電池反向特性測試示意圖

電池反向特性測試實驗：在暗室環境中，通過反向連接電池正負極，調節電壓并記錄電流，獲取兩種電池在不同反向電壓下的I–V特性曲線。BC電池憑借其背面PN結的窄間距設計（通常＜100 μm），顯著降低了勢壘寬度，使隧道概率提高2–3個數量級，從而在較低反向電壓下發生軟擊穿。

兩種光伏組件的規格參數

光伏組件內部電路結構示意圖

標準測試條件下兩種類型組件的特性曲線

遮光實驗示意圖：(a) 單電池遮光, (b) 組件短邊遮光, (c) 組件長邊遮光

遮光條件下組件輸出性能實驗：以BC組件為實驗組，TOPCon組件為對照組，在標準測試條件（輻照度1000 W/m2，溫度25°C）下，使用黑色不透光塑料片對組件進行單電池、短邊整行和長邊整行遮光，并記錄I–V與P–V曲線。

戶外光伏組串實驗現場

戶外電站測試：在實證基地，每種組件各12片組成一串，研究遮光對組串輸出功率的影響。戶外實驗選擇晴朗天氣下環境因素穩定的時段進行，輻照度約950 W/m2，溫度約20°C。通過逆變器通信接口采集發電數據，每5分鐘記錄一次，并以歸一化功率表示組串輸出能力。

實驗結果分析

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兩種類型電池的反向I-V特性曲線

電池反向特性：BC電池的反向擊穿電壓約為–5 V，而TOPCon電池的擊穿電壓較高。BC電池在較低反向電壓下即可產生隧道電流，緩解遮光電池的電流失配。

單電池遮光場景下:I-V曲線:(a)TOPCon組件(c)BC組件;P-V曲線:(b)TOPCon組件(d)BC組件

單電池遮光場景：隨著遮光比例增加，TOPCon組件的I–V曲線呈現階梯狀，P–V曲線呈雙峰形。當遮光達到100%時，旁路二極管開啟，組件輸出功率降至原來的2/3。而BC組件的I–V和P–V曲線形態變化不明顯，僅在高遮光比例時出現輕微凹陷，MPP略有左移。

單電池遮擋場景下TOPCon組件和BC組件的MPP數據

2-4 片電池遮擋場景下TOPCon組件和BC組件的MPP數據

(a) TOPCon和(b) BC組件MPP參數變化

BC組件在單電池遮光下旁路二極管不會開啟，因為單個BC電池最多提供–5 V反向偏壓，而二極管開啟需–15 V。實驗表明，只有當至少3個電池完全遮光時，BC組件的二極管才會開啟，此時其功率損失與TOPCon組件一致。在遮光電池少于3個時（如落葉、鳥糞等初期輕微遮光），BC組件具有輸出優勢；若長期或大面積遮光導致超過3個電池被遮，則兩種組件性能相同。

短邊遮光場景下:I-V曲線:(a) TOPCon組件(c) BC組件;P-V曲線:(b) TOPCon組件(d) BC組件

短邊遮擋場景下TOPCon 組件和BC組件的MPP數據

短邊遮光場景下(a) TOPCon和(b) BC組件MPP參數變化

短邊整行遮光場景：在固定傾角光伏陣列中，短邊遮光常見于早晚低太陽高度角時。此時，TOPCon與BC組件的輸出特性曲線整體下移，且均無階梯或雙峰現象。在最大功率點處，電池無電流失配，不處于反向偏壓狀態，因此兩種組件的實際輸出功率相同。

長邊遮光場景下:I-V曲線:(a)TOPCon組件(c)BC組件;P-V曲線:(b)TOPCon組件(d)BC組件

BC組件中12片電池（一個子串）的聯合反向偏壓特性曲線

長邊遮擋場景下TOPCon 組件和BC 組件的 MPP 數據

長邊遮光場景下(a) TOPCon和(b) BC組件MPP參數變化

長邊整行遮光場景：在長邊整行遮光下，兩種組件的輸出曲線幾乎完全一致，均呈階梯狀與雙峰形。因子串中有12個電池同時被遮光，其聯合反向特性無法提供有效隧道電流，導致BC組件失去輸出優勢。

光伏組串的歸一化功率及其差異：(a) 單電池遮光場景, (b) 短邊遮光場景, (c) 長邊遮光場景

戶外電站驗證：在無遮光條件下，因TOPCon組件雙面率較高，其組串輸出能力較BC組件高1.5%~1.6%。在單電池遮光場景中，BC組件具有輸出優勢；而在短邊與長邊遮光場景中，兩種組件輸出性能無差異，與實驗室結論一致。

本研究通過實驗室單組件測試與戶外組串實驗相結合的跨驗證體系，系統比較了BC與TOPCon組件在實際遮光條件下的輸出性能：在單電池遮光場景中，MPPT精準捕捉到當子串中被遮電池數量少于3個時，BC組件憑借其軟擊穿特性具有輸出優勢；超過3個時，其性能與TOPCon組件一致。該研究為光伏組件在實際遮光條件下的輸出評估提供了標準化框架，對工程選型與電站全生命周期成本分析具有指導意義。

美能鈣鈦礦最大功率點追蹤 MPPT

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美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強可調節: 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進可依次調節
• 功率獨立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

該研究依托美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試MPPT保障的精準數據，建立了光伏組件實際遮光輸出評估的標準化框架，對工程選型、電站全生命周期成本分析具有指導意義。

原文參考：Power output performance analysis of back-contact photovoltaic module under actual field shading conditions: A comparison with TOPCon photovoltaic module