什么是BC电池?一文带你全面了解!(建议收藏)

学术   2024-11-25 18:17   安徽  

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什么是BC电池?

BC电池全称为背接触电池,其基型是IBC电池(交叉指式背接触电池),与其他晶硅电池路线最大的不同在于:发射级、表面场和金属电极都做在电池背面,并交叉指式分布,电池正表面无任何栅线遮挡,最大限度地利用入射光,减少光学损失,带来更多有效发电面积,拥有高转换效率,且外观上更加美观。

图片来源:晶旭晟华新能源
IBC电池,也称为交叉背接触电池,是将电池正面的电极栅线全部转移到电池背面,PN 结和金属接触都处于电池背部,呈叉指状方式排列,从而减少电池栅线对阳光的遮挡,提高电池转换效率。
IBC电池是一种较为纯粹的单面电池,主要通过结构的改变来提高转换效率,IBC电池没有遮蔽电池的正面金属触点,因此具有更高的光子撞击转换面积。
严格意义上讲,BC电池是在结构上做优化的电池制作技术,不是一种单独的电池片种类。无论是P型还是N型电池,都是可以叠加BC电池技术,做出新型电池片。P型电池叠加BC技术的电池就是PBC。TOPCon叠加BC技术的电池就是TBC。HJT叠加BC技术的电池就是HBC。目前,主要包括IBC、HBC、PBC、ABC、HPBC等技术路线。其中,隆基绿能的HPBC路线,电极排列从视觉上是一条直线;中来股份对于BC也有相关的技术储备,主要IBC技术路线为交叉排列。此外,还有ABC、TBC等技术路线。总体来看,BC电池技术多样,是N型电池技术中最具有差异化的路线。

图片来源:晶旭晟华新能源
随着光伏行业的快速发展,光伏领域技术迭代升级不断加快。截至目前,光伏电池经历了第一代晶硅电池、第二代薄膜电池再到第三代新型电池。其中,根据硅基电池片,第一代晶硅电池可分为P型电池和N型电池,N型电池又可细分为TOPCon、HJT、IBC和HBC(HJT+IBC)四种。
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BC电池的发展历程
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BC电池技术特点
BC电池技术的优势主要体现在三个方面:
一是BC电池的结构特点在于正面无栅线,这种正面无遮挡结构完全消除栅线电极造成的遮蔽损耗,实现入射光子的最大利用,较常规太阳能电池短路电流Jsc可提高7%左右;
二是组件封装更为方便灵活,从常规的“Z”字形焊接更改为全背面“一”字形焊接,避免常规的复杂封装流程,并且可有效提升组件抗隐裂能力,如隆基HPBC电池的边缘应力相较传统非BC类电池片边缘应力减少48%;
三是外形美观,正面色调更均匀美观。

瑞典斯德哥尔摩应用HPBC技术的屋顶项目 来源:隆基的碳中和朋友
通过比较PERC、TOPCon、HJT、BC电池优缺点可以看出,BC电池在电池的稳定效率方面表现最佳,外形美观。但由于BC电池工艺复杂,设备资金投入大,其投资成本高于TOPCon和HJT电池技术路线。

图片来源:隆基的碳中和朋友

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BC电池工艺

IBC电池是商业化晶体硅电池中工艺最复杂、结构设计难度最大的电池。核心工艺在于制备PN结、钝化镀膜以及金属化栅线。

IBC对基体材料要求较高,制备背部PN结需要图形化技术,需多次掩膜和光刻技术,对gap区域需非常精准。此外,为了还需添加钝化结构提升少子寿命,对镀膜工艺要求也很高,整体生产成本较高。

BC电池与TOPCon、HJT等电池之间不是并列关系,BC电池属于一种平台型技术,无排他性且兼容性强,可以与其他电池技术叠加,发展潜力较大,未来有望成为新一代的平台型技术。IBC电池可以与TOPCon电池叠加形成TBC电池,与HJT电池叠加形成HBC电池,与P型电池叠加形成HPBC电池等,从而带动电池整体光电转换效率进一步提升。
随着各大厂商将TOPCon和HJT等技术的特点与BC电池相结合,目前BC电池逐步形成了三大主流工艺路线,包括经典的IBC电池技术、更具低成本优势的TBC电池工艺以及HBC电池工艺。
  • TBC电池:TOPCon与IBC技术结合形成TBC电池,又名POLO-IBC电池。

TBC兼具Topcon的隧穿氧化层技术和IBC背面排布电极的优势,钝化效果和开路电压显著提高,可以在实现更高电池转换效率同时具备经济性。
TBC技术难度更高,需要同时解决TOPCon和IBC的生产工艺问题,因此整体工艺更复杂。
TBC电池完整的生产流程主要包括沉积隧穿氧化层及P+多晶硅、沉积钝化膜、在硅片的背面印刷电极等。TBC电池在TOPCon生产工艺的基础上需要增加掩膜、激光开槽、PN区制备、刻蚀等背面电极的相关工艺,掩膜主要通过APCVD或PECVD来完成,PN区的制备主要由PECVD来完成,刻蚀主要采用传统的湿法设备,而开槽工艺则需要通过激光设备来完成。
TBC电池主要是通过对IBC电池的背面进行优化设计来降低整体复合,提升钝化效果和转换效率。
  • HBC电池:HJT和IBC技术结合形成HBC电池,即异质结背接触电池。

该电池的正面没有电极遮挡,前表面钝化层采用氢化非晶硅,在背面分别沉积N型和P型的非晶硅薄膜形成异质结。
HBC电池很好地结合了IBC电池和异质结电池的优势,充分利用了非晶硅优越的表面钝化性能,背面形成的异质结结构具有很好的钝化效果,能够同时取得更高的大短路电流和开路电压,从而提升光电转换效率。
HBC提升效率优势显著,但是需要同时解决IBC和HJT生产工艺的难点,IBC工艺对于基体材料和前表面钝化的要求较高,需要经过多次掩膜和光刻技术,同时gap区域需要非常精准。

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BC电池相关企业布局
1、隆基绿能
2023年9月,隆基正式宣布选择BC电池技术路线。此后几个月,隆基在这一领域频频发力,推出了一系列重磅产品,如隆基泰睿硅片、HPBC 2.0电池、Hi-MO9、Hi-MO X6 Max等,展现出隆基在BC技术领域的深厚积累和坚定决心,迅速引发了市场的广泛关注。

图片来源:隆基绿能

隆基基于BC技术开发的系列产品,不仅适用于地面集中电站等大型项目,还可广泛应用于分布式光伏、户用光伏、建筑光伏一体化等全场景,为其用能需求提供高效、可靠、经济的解决方案。而这种全场景应用的能力,使得BC技术在光伏市场中具有更广泛的适用性和更强的竞争力。

图片来源:隆基绿能

近日,隆基绿能董事长钟宝申在西安举行的投资者交流会上表示,现在,隆基的战略已经非常清晰——全面投资BC技术,未来大量的产品会采用BC类电池技术路线。“公司从今年下半年开始会有很多产能投入建设,明年第一、二季度,BC二代产品会大规模投放市场。公司整体的计划是到2025年年底,BC一代和BC二代合计产能大致将达到70GW左右。”

2、爱旭股份

2021年,爱旭推出第一款正面臻黑无栅线的ABC电池,率先进入单结晶硅终极技术时代;2023年,爱旭珠海10GW ABC电池及组件产能投产,引领行业迈入n型BC技术的真正规模化量产时代。

爱旭ABC全背接触太阳晶硅电池

图片来源:爱旭股份

在电池环节,爱旭不遗余力地在各项技术上实现跨越级创新。除了开创性地发明独有的ABC结构工艺,全钝化接触技术专利带来了-0.26%/℃的极佳温度系数、全无银涂布工艺带来银耗掣肘的解除、全生命周期热斑风险控制及阴影优化、超快激光图形化……种种前沿量产性技术工艺的突破将ABC的领先性拉开到行业企业难以企及的维度,因而爱旭方敢自豪笑称“产线上随便挑一块电池都能打破世界纪录”。

3、国家电投黄河水电

近年来,黄河公司在加快推进光伏全产业链创新发展,特别是在IBC电池组件的科技研发、自主创新、成果转化等方面取得显著成果,建成国内首条量产200兆瓦高效IBC电池组件生产线,电池研发效率达到25.06%,生产规模及产业化技术水平全球领先。

图片来源:黄河水电
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BC电池未来发展趋势

BC电池应用场景丰富,天然适用于分布式光伏场景。由于BC电池正面无栅线,外表更美观,更契合分布式户用场景需求,特别是BIPV,可以充分结合BC组件的美观和建筑艺术,做到光伏建筑一体化。以海外主要市场——欧洲为例,欧洲大部分新增装机量都以分布式为主,且欧洲更喜欢黑色屋顶的建筑风格,十分契合BC电池的特点。

由于BC电池可以做成柔性组件,具有重量轻、可弯曲的特点,多应用于车辆、轮船、卫星以及承重能力较差的建筑物上。

放眼国内,乃至在全球范围内,BC电池产业正处于蓬勃发展期,其经济发展趋势受到广泛关注。总的来说,BC技术路线备受关注是必然趋势,随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,BC技术将会在光伏行业中发挥越来越重要的作用。

2023-2030 年不同电池技术路线市场占比变化趋势

来源:中国光伏行业协会
内容资料参考来源:能课堂、中国光伏行业协会CPIA、隆基绿能、爱旭股份、黄河水电、隆基的碳中和朋友

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