光伏電池技術(shù)從早期的鋁背場電池BSF，到目前市占率高達(dá)90%以上的PERC電池(發(fā)射極鈍化和背面接觸)，降本增效是其永恒的主題。
隨著PERC技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，已逐步逼近其轉(zhuǎn)換效率的理論極限，業(yè)界開始尋求下一代光伏電池技術(shù)，目前推進(jìn)中的主流技術(shù)有TOPCon電池技術(shù)(?隧穿氧化層鈍化接觸)以及HJT電池技術(shù)（異質(zhì)結(jié)）。
TOPCon和HJT技術(shù)是通過提出新的鈍化結(jié)構(gòu)，來提升電池的鈍化效果從而提高整體轉(zhuǎn)化效率。目前關(guān)于TOPCon和HJT的討論頗多，其實在這二者之外，IBC（交叉背接觸）技術(shù)近期也受到了諸多關(guān)注，并且有頭部廠家已經(jīng)率先開始投產(chǎn)。
與TOPCon和HJT的鈍化思路不同，IBC是將電池正面的電極柵線全部轉(zhuǎn)移到電池背面，PN 結(jié)和金屬接觸都處于電池背部，呈叉指狀方式排列，減少正面柵線對陽光的遮擋，結(jié)合金字塔絨面結(jié)構(gòu)和減反層組成的陷光結(jié)構(gòu)，能夠最大限度地利用入射光。
IBC主要通過結(jié)構(gòu)的改變來提高轉(zhuǎn)換效率，是一種較為純粹的單面電池。同時，IBC可以與PERC、TOPCon、HJT等多種技術(shù)疊加，有望成為新一代的平臺型技術(shù)，與TOPCon技術(shù)的疊加被稱為“TBC”電池，而與HJT技術(shù)的疊加則被稱為“HBC”電池。
圖1.?IBC電池側(cè)面結(jié)構(gòu)
在襯底硅片的選擇上，IBC 電池的襯底硅片既可以是 P 型硅片，也可以是 N 型硅片。
選用不同類型的襯底硅片后，其在電池的摻雜上會有所不同。以N型硅片為例，前表面為磷摻雜的n+前場結(jié)構(gòu)FSF（Front Surface Field），利用場鈍化效應(yīng)降低表面少子濃度，從而降低表面復(fù)合速率，同時還可以降低串聯(lián)電阻，提升電子傳輸能力；背表面為采用擴(kuò)散方式形成的叉指狀排列的硼摻雜p+發(fā)射極和磷摻雜n++背場BSF，發(fā)射極能夠與N型硅基底形成p-n結(jié)，有效分流載流子，n+背表面場區(qū)能夠與n型硅形成高低結(jié)，增強(qiáng)載流子的分離能力，是IBC電池的核心技術(shù)；前后表面均采用SiO2/SiNx疊層膜作為鈍化膜，抑制IBC太陽電池背表面的載流子復(fù)合；前表面常鍍上減反射層，提高發(fā)電效率；金屬接觸部分全都在背面的正負(fù)電極接觸區(qū)域，也呈叉指狀排列。
相較于傳統(tǒng)太陽能電池，IBC電池的工藝流程更為復(fù)雜，且不同廠商采用的制備工藝均有所差別。
其工藝的關(guān)鍵問題是如何在電池背面制備出呈叉指狀間隔排列的P區(qū)和N區(qū)，以及在其上面分別形成金屬化接觸和柵線，重點主要集中在擴(kuò)散摻雜、鈍化鍍膜、金屬化柵線三個方面：
擴(kuò)散摻雜：常見的定域摻雜方法為掩膜法，可以通過以下方式制備：
(1)光刻法：通過光刻的方法在掩膜上形成需要的圖形，這種方法的成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
(2)印刷法：通過絲網(wǎng)印刷刻蝕漿料或者阻擋型漿料來刻蝕或者擋住不需要刻蝕的部分掩膜，形成需要的圖形，這種方法成本較低，但對電池背面圖案和柵線的設(shè)計要求非常高，存在絲網(wǎng)印刷的對準(zhǔn)精度問題和印刷重復(fù)性問題。
(3)激光法：激光也是解決絲網(wǎng)印刷局限性的一條途徑。無論是間接刻蝕掩膜，還是直接刻蝕，激光的方法都可以得到比絲網(wǎng)印刷更加細(xì)小的電池單位結(jié)構(gòu)，更小的金屬接觸開孔和更靈活的設(shè)計。
表面鈍化：IBC電池的性能受前表面的影響更大，因為大部分的光生載流子在入射面產(chǎn)生，而這些載流子需要從前表面流動到電池背面直到接觸電極，因此需要更好的表面鈍化來減少載流子的復(fù)合。
(1)前表面鈍化：N型電池中的少數(shù)載流子是空穴，帶正電的薄膜如 SiNx 較適合用于IBC電池的 N 型硅前表面的鈍化。
(2)背表面鈍化：而對于電池背表面，由于同時有 P、N 兩種擴(kuò)散，理想的鈍化膜則是能同時鈍化P、N兩種擴(kuò)散界面，二氧化硅是理想選擇。如果背面 Emitter/P+硅占比較大，帶負(fù)電薄膜如AlOx也是不錯選擇。
金屬柵線：IBC電池的柵線都在背面，不需要考慮遮光，所以可以更加靈活地設(shè)計柵線，降低串聯(lián)電阻，根據(jù)背面柵線的不同，可分為無主柵、四主柵、點接式 IBC 電池三種。
但 IBC電池正表面電流密度較大，在背面的接觸和柵線上的外部串聯(lián)電阻損失也較大。所以在一定范圍內(nèi)金屬接觸區(qū)的比例越小，復(fù)合就越少，從而 Voc 越高，因此IBC電池金屬化之前一般要涉及到打開接觸孔/線。
另外，N和P的接觸孔區(qū)需要與各自的擴(kuò)散區(qū)對準(zhǔn)，否則會造成電池漏電失效。主要的柵線制備方法有絲網(wǎng)印刷、激光、蒸鍍、電鍍等。
IBC電池獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有以下優(yōu)勢：
1） 電池正面無柵線遮擋，可消除金屬電極的遮光電流損失，實現(xiàn)入射光子的最大利用化，較常規(guī)太陽電池短路電流可提高7%左右；
2）正負(fù)電極都在電池背面，不必考慮柵線遮擋問題，可適當(dāng)加寬柵線比例，從而降低串聯(lián)電阻，提高填充因子FF；
3） 由于正面不用考慮柵線遮光、金屬接觸等因素，可對表面鈍化及表面陷光結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)計，可得到較低的前表面復(fù)合速率和表面反射，從而提高開路電壓Voc和短路電流Jsc；
4）外形美觀，尤其適用于光伏建筑一體化BIPV，具有較好的商業(yè)化前景；
同時，IBC電池的生產(chǎn)制造也面臨諸多挑戰(zhàn)：
1）對基體材料要求較高，需要較高的少子壽命。因為IBC電池屬于背結(jié)電池，為使光生載流子在到達(dá)背面p-n結(jié)前盡可能少的或完全不被復(fù)合，就需要較高的少子擴(kuò)散長度。
2）IBC電池對前表面的鈍化要求較高。如果前表面復(fù)合較高，光生載流子在未到達(dá)背面p-n結(jié)區(qū)之前，已被復(fù)合掉，將會大幅降低電池轉(zhuǎn)換效率。
3）工藝過程復(fù)雜。背面指交叉狀的p區(qū)和n區(qū)在制作過程中需要多次掩膜技術(shù)，為防止漏電，p區(qū)和n區(qū)之間的gap區(qū)域也需非常精準(zhǔn)，這無疑都增加了工藝難度及成本。
由于 IBC 電池具備沒有金屬遮擋的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，在繼續(xù)優(yōu)化性能、提升效率的過程中可以與其他電池技術(shù)相結(jié)合。為了進(jìn)一步優(yōu)化IBC電池的整體復(fù)合，將HJT非晶硅鈍化技術(shù)與IBC相結(jié)合，開發(fā)出HBC電池；也有將TOPCon鈍化接觸技術(shù)與IBC 相結(jié)合，研發(fā)出POLO-IBC（TBC）電池。
從HBC電池結(jié)構(gòu)來看，在基于N型硅片正面依次沉積氫化非晶硅（a-Si:H）作為前表面鈍化層，并采用 SiNx 減反射層取代透明的TCO導(dǎo)電膜，光學(xué)損失更少、成本更低；在硅片背面，依次沉積氫化非晶硅（a-Si:H）背鈍化層，以及鈍化層上呈叉指狀分布的 p-a-Si∶H 層和 n-a-Si∶H 層，分別作為發(fā)射極和背場 BSF，發(fā)射極和 BSF 二者間隙隔離。同時，在發(fā)射極和 BSF 上再沉積透明導(dǎo)電薄膜，并制作對應(yīng)的金屬接觸電極。
HBC電池結(jié)構(gòu)能夠獲得較高轉(zhuǎn)換效率的原因在于:?
（1）HBC電池采用化非晶硅(a-Si:H)作為雙面鈍化層，在背面形成局部a-Si/c-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，基于高質(zhì)量的非晶硅鈍化，獲得高Voc，充分吸收了HJT電池非晶硅鈍化技術(shù)的優(yōu)點。
（2）HBC電池采用了IBC電池結(jié)構(gòu)，前表面無遮光損失和減少了電阻損失，從而擁有較高的Jsc，充分結(jié)合了HJT電池技術(shù)與IBC電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
HBC電池結(jié)合了HJT和IBC電池結(jié)構(gòu)的特點，基于其二者結(jié)合后的電池結(jié)構(gòu)，HBC 電池有部分工序也與 HJT 電池相同，存在部分兼容。
從 HJT 電池的制作流程看，其核心制造工序主要為清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO膜沉積和電極金屬化4道工序。與 HJT 電池工序流程相比，HBC電池工藝流程的差異主要體現(xiàn)在如何實現(xiàn)背面的局域摻雜，以及背面金屬電極的制作。
HBC電池在繼承了兩者優(yōu)點的同時，也保留了IBC和HJT電池各自生產(chǎn)工藝的難點：投資成本高；本征和摻雜非晶硅鍍膜工藝，工藝窗口非常窄，對工藝清潔度要求極高；需要低溫組件封裝工藝；制程復(fù)雜；正負(fù)電極都處于背表面，需要嚴(yán)格的電極隔離工藝。
更重要的是，HBC電流的導(dǎo)入設(shè)計中HJT 引入了 IBC 的工藝，從而造成了雙面率的損失，一般只做單面電池。如果下游有限制只能采用單面，比如屋頂分布式等場景，HBC可能會是更好選擇。
POLO-IBC（TBC）電池采用交錯背接觸結(jié)構(gòu)，正負(fù)電極均采用多晶硅氧化層（POLO）技術(shù)實現(xiàn)鈍化接觸。
通過對傳統(tǒng) IBC 電池的背面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，即用 p+和 n+的 POLY-Si 作為 Emitter 和 BSF，并在 POLY-Si 與摻雜層之間沉積一層隧穿氧化層 SiO2，可應(yīng)用層選擇性激光工藝。
普通雙面電極電池在使用鈍化接觸時，雖然提高了鈍化效果和電壓，但由于鈍化層對光的吸收，電流有所損失，因此將鈍化接觸用在正面無遮擋的背接觸設(shè)計中就成為了一個兩全齊美的解決方案， 由于使其具有更低復(fù)合，更好接觸，更高轉(zhuǎn)化效率。
同時該電池也具有優(yōu)異的選擇性鈍化接觸特性，低溫條件下就可以制備，且對硅襯底表面的潔凈度要求不高。
TBC電池工藝步驟部分與TOPCon兼容，結(jié)合了TOPCon 的背面鈍化接觸和 IBC 的背面叉指狀排列 P+和 N+區(qū)，以及正面無柵線的特點。
基于其二者結(jié)合后的電池結(jié)構(gòu)，TBC 電池工藝流程的重點在于幾個方面，背面隧穿氧化層的沉積，背面間隔排列的P+和N+的 POLY-Si 的沉積，以及背面金屬電極的制作。
而在TOPCon電池的制作中，其背面隧穿氧化層和摻雜非晶硅層的制作，主要是通過 LPCVD、PECVD、PVD等方法進(jìn)行沉積，TBC電池在隧穿層和 P+和 N+區(qū)沉積的時候，有部分工序也與TOPCon 電池相同，存在部分兼容。主要差異體現(xiàn)在如何實現(xiàn)背面的局域摻雜，以及背面金屬電極的制作。
IBC電池的工業(yè)化進(jìn)程，國外主要是Sunpower、Kaneka等公司，國內(nèi)主要是隆基、愛旭等頭部企業(yè)：
1975年，Schwartz和Lammert首提背接觸式光伏電池概念；1984年，斯坦福教授Swanson研發(fā)了IBC類似的點接觸（Point Contact Cell，PCC）太陽電池，在聚光系統(tǒng)下轉(zhuǎn)換效率19.7％；1985年Swanson教授創(chuàng)立SunPower，研發(fā)IBC電池。2021年，Sunpower最新的IBC電池量產(chǎn)效率達(dá)到了24.5%。
HBC電池主要是由日本鐘淵化學(xué)Kaneka在推動，已取得較好的研發(fā)進(jìn)展，2017年日本化學(xué)公司和太陽能電池制造商Kaneka通過背接觸異質(zhì)結(jié)技術(shù)實現(xiàn)的的最高效率26.63%。
2018 年德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）制作的 POLO-IBC 電池獲得了 26.1 %的光電轉(zhuǎn)換效率。但該結(jié)構(gòu)制備流程相對復(fù)，使用了多次光刻和自對準(zhǔn)的工藝。
2022年6月，愛旭股份最新研發(fā)成功的 ABC 電池，該電池采用了新一代 N 型全背結(jié)電池技術(shù)，正面無任何柵線遮擋，同時采用無銀化方案(市場猜測可能為電鍍銅)，電池效率25.5%起，組件量產(chǎn)效率23.5%，最大功率720W以上。愛旭計劃在珠海新建6.5GW ABC電池片產(chǎn)線，2022年年底有望正式量產(chǎn)。
2022年11月，隆基綠能發(fā)布其最新的HPBC電池技術(shù)以及對應(yīng)的Hi-Mo 6組件。關(guān)于HPBC名稱，隆基給出的官方名稱為Hybrid Passivated Back-contact Cell，復(fù)合鈍化背接觸電池。
發(fā)布會上，HPBC發(fā)布的性能指標(biāo)為電池效率25%，疊加氫鈍化技術(shù)的PRO版本效率達(dá)到25.3%，組件效率23%+，相應(yīng)的產(chǎn)能規(guī)劃為25GW，主要面向分布式光伏場景。
原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：什么是IBC電池
