BC电池深度技术报告：技术、特点、优势

BC电池，全称是“全背电极接触（全反面电极接触）晶硅光伏电池”，是一种太阳能电池技术。

BC电池采用不同于传统晶硅光伏电池的设计，它的电极位于电池的反面（背面），这意味着正面完全暴露给阳光，提高了光的吸收效率。这种设计还可以减少电流传输的路径，降低电阻，提高电池的性能。

尽管BC电池相较其他电池技术路线优势明显，但目前还存在一些技术上的壁垒。随着BC电池工艺流程的缩短以及关键制造技术的突破，量产化进程将加速，与其他电池技术结合的XBC电池效率优势明显，且具备明显的外观优势，未来BC电池或成为下一代主流光伏电池路线之一。

IBC电池结构拆解：背面emitter和BSF交替的叉指式结构是IBC电池的关键技术，可以采用掩膜、光刻和激光等技术实现。

4.BC电池优势

IBC电池相较其他电池技术路线，具有以下优点：

（1）电池效率高

电池正面没有金属栅线遮挡，可消除遮光电流损失，实现入射光子的最大化利用，短路电流比常规电池可提升7%左右；由于正面没有电极的接触影响，可以对绒面结构、钝化减反射层进行更精细设计，在增加光吸收的同时减小载流子在正面复合损失，可以提高电池开路电压和短路电路，从而获得更高转换效率的IBC电池。

（2）栅线可优化程度高

正负金属电极均位于电池背面，不必考虑栅线遮挡问题，可以对金属栅线结构做最大程度优化，例如适当增大栅线宽度、优化栅线形状以降低电池串联电阻，并增强对长波光子的背反射功能，从而提高电池填充因子和短路电流。

（3）封装简便

背接触电池在组件封装时更方便，完全可以通过自动化操作对组件进行共面相连，不必像传统电池那样，在焊带串联时把一片电池的正面主栅与另一片电池的背面主栅相连，也能降低压力形变带来的不利影响。

（4）外形美观

背接触电池的组件封装可以尽可能减小电池间隙，提高单位面积电池密度，从而提高发电量，并且背接触电池正面色调更均匀美观，适用于光伏建筑一体化，具有很好的商业化前景。

IBC效率优势显著，稳居晶硅电池最高效率记录。IBC电池在效率上优势明显，基于IBC电池结构的组件，效率长期领先于HJT、TOPCon、PERC等电池路线。2023年6月，爱旭股份将可交付组件功率提升至24%，实现组件效率的大幅领先。

1.工艺流程环节增多，制程精度要求提高

根据电池结构，相同钝化技术下的背接触电池与常规电池工艺的主要区别有两点：

1）正面扩散层材料选择不同。常规电池中，正面扩散层起发射极作用，与晶硅衬底载流子类型相反，例如TOPCon电池采用N型衬底，则正面扩散层掺硼获得p+-Si；背接触电池中，正面扩散层起前场作用，与晶硅衬底载流子类型相同，例如TBC电池采用N型衬底，则正面扩散层掺磷获得n+-Si。

2）背面工序不同。背接触电池的结构导致了背面制作工艺较为复杂。一方面，背面存在两种类型的扩散层，需要增加一道扩散环节；其次，为了分离两种类型的扩散层，需要增加两道激光工序做好背面分区。

2.电池端增加多道激光工序，激光设备重要性显著提升

以TBC路线为例，常规TBC工艺流程包含三道激光环节，第一道实现图形化，第二道隔离N/P区，第三道衔接金属化。

光伏电池中少数载流子运动的根本动力是PN结内建电场，为了让电极接收到载流子，结构中的PN接触只能由衬底/异型扩散层组成，例如TBC中有且只能由N型衬底/p-poly-Si成为PN结，杜绝n-poly与p-poly接触导致短路的行为是非常关键的，也是xBC电池被认为工艺难度大的主要原因。

常规镀膜、扩散工艺的对象是整面材料，第一道激光的目的是去除部分一次掺杂后的膜层，划分N/P区域；第二道激光在制作另一掺杂类型膜层以后，去除N型掺杂与P型掺杂区的接触部分，实现P/N隔离，在电池背面建立独立的电子/空穴传输通道；第三次激光去除部分SiNx，以保证金属浆料与硅形成直接接触，顺利导出载流子。

在有限的硅片面积里，精准控制P/N区的位置、间距涉及到激光与材料的相互作用。激光依靠材料内部粒子间的热传递破坏工作区，使其能被轻易去除。连续激光会在材料表面产生较大面积和深度的热影响区，易对工作区周围的材料造成破坏。

脉冲激光是一种冷加工方式，激光脉冲时间越短，热影响区越小，工作区定位越精确，对其他区域的破坏程度越轻。考虑到微观粒子的热传导时间在10-9s-10-12s量级，在热被传递到下一个粒子之前完成熔解，可以有效减轻热影响。脉冲是指激光不连续发生并作用在材料表面，激光发生的持续时间不同，对材料的影响不同。当脉冲宽度压缩到纳秒（ns，10-9）量级，材料表面瞬间气化，同时产生冲击波；当脉冲宽度压缩到皮秒（ps，10-12）量级及以下，材料在晶格震动前就被气化，仅有较小的冲击波。

当前xBC工艺中运用的激光技术都属于减材法，无论是开槽，或者曝光，都是以去除材料为目的。减材法又分为直接减材法、间接减材法。激光刻蚀就是一种直接减材法，利用超短脉冲打掉表面材料，可作用在任意区域，对材料的包容度也较大；间接减材法包括激光成像曝光（LDI）、激光辅助化学腐蚀等，通过激光改变材料在化学试剂中的腐蚀速度，再根据腐蚀时间控制腐蚀厚度，效率更高、反应更可控。

常规工艺路线外，激光增材法在掺杂环节也表现出良好的应用前景。激光脉冲沉积、激光诱导热氧化、激光诱导相变是三种被认为有望应用于光伏的激光技术。增材法契合选区工艺的需求，直接对目标区域改性，例如激光诱导下，单晶硅相变为多晶硅（poly）。且根据脉冲宽度的不同，工艺区可以控制在纳米-微米尺度。

在背接触结构中，最后一道激光开槽和金属化密切相关。减反层开孔面积决定金属栅线线宽、高宽比等参数，高宽比越小，复合电流越小，开路电压提高。并且，N/P区开口需要对准相应的扩散区，且BC电池钝化层相对较厚，优质的开口深度和位置才能保证金属浆料的有效接触。

金属浆料，无论是纯银浆还是银铝浆，在BC电池中的应用都是相对局限的。从工艺角度看，BC电池背面N/P区面积、形状都不同，且间隔排列，丝网印刷网版方案需要重大调整。N/P区金属化导电机制不同，对浆料的需求就不同；浆料体系不同，烧结固化的温度随之变化。N/P区协同共烧需要制作烧结窗口相互匹配的浆料，难度提高；从性能角度看，硅基衬底产生的光生载流子，无论是电子，还是空穴，都向底部电极运动，对浆料的接触、复合提出更高要求。背面碱抛使得绒面平坦化，接触电阻增大，对浆料导电性提出要求；从成本角度看，背面栅线对光照遮挡的要求较低，考虑到电极面积越大越利于电流输出，这种情况下银浆耗量大、成本高。

铜电镀从工艺、性能、成本三方面更适配xBC工艺路线升级。从工艺角度看，铜电镀图形化或采用直写/掩膜光刻技术，对比背面N/P分区的工艺要求，难度相对降低，可简化流程；从性能角度看，光刻工艺下，铜栅线线宽灵活可调且更加精细，易找到电流输出与接触面积的最佳平衡点，且纯铜栅线相比银浆导电性更好；从成本角度看，铜的材料成本低，能在一定程度上降低之前行业所诟病的xBC电池生产成本。

3.组件端：全新的互联方式，串焊环节变化较大

BC电池背面电极排布特殊，对有效光照面积没有极致利用的需求，对焊带形状的包容性相对较高。组件互联工艺延续电池端对N/P区精细隔离的高要求，尤为重视局部绝缘化处理，当前市场给出的xBC组件方案可以分为柔性互联和刚性互联。

柔性互联方案使用焊带直接串接多片电池片，对绝缘化处理有两种思路：1）使用绝缘胶，隔离焊带和周围细栅；2）制作导电段与绝缘段交替分布的特殊焊带。以隆基方案为例，同一条焊带的导电段同时焊接相邻两个电池片的正极区域和负极区域。

刚性互联方案使用金属件连接相邻电池片，相同极性的busbar终止于在电池片某一侧的焊盘区域，金属件连通相邻电池片的不同极性输出端。连接件由导电材料组成，可以是金属、合金或者含金属元素的化合物。金属件中间多处开孔为应力缓解区，提高组件连接可靠性。该方案中，busbar与不同极性连接件、不同极性busbar汇聚区域之间要保证良好的绝缘，防止短路。

无论是何种互联方案，考虑到xBC电池为单面焊接，硅片易受热弯曲，增加工艺难度，当前市场主流串焊设备难以满足需求，需要搭配BC电池专用串焊机。

1. IBC电池的提效方向

IBC电池的提效方向，现阶段主要为提高IBC太阳电池的钝化效果。除了对现有工艺（如前表面场、选择性掺杂和先进陷光技术等）的优化外，IBC太阳电池技术与光电转换效率提升方向可以分为两种：

（1）通过提高IBC太阳电池的钝化效果提效

包括叉指背接触异质结（HBC）电池和多晶硅氧化物选择钝化背接触（POLO-IBC/TBC）电池，主要在于应用载流子选择钝化接触可以抑制少数载流子在界面处的复合速度，从而有效提高IBC太阳电池表面钝化效果。

（2）作为底电池应用于叠层电池中提升光利用率

随着钙钛矿电池技术的发展，随之衍生的钙钛矿IBC叠层太阳电池（PSCIBC）受到研究者们的重视，成为突破晶硅电池光电转换效率壁垒的重要选择。其主要技术在于具有高带隙的顶部电池能够吸收短波长的光，具有低带隙的底部电池则可以对长波长的光进行吸收，从而使叠层太阳电池能够更大程度地利用太阳能，提高IBC太阳电池的短路电流。

（3）TBC电池和HBC电池技术前景广阔

随着设备成本的下降和工艺的成熟，IBC电池逐步形成三大工艺路线：1）以SunPower为代表的经典IBC电池工艺；2）以ISFH为代表的POLO-IBC电池工艺；由于POLO-IBC工艺复杂，业内更看好低成本的同源技术TBC电池工艺（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka为代表的HBC电池工艺（IBC-SHJ）。目前，经典IBC电池获取的效率溢价，难以覆盖增加的成本，该工艺路线竞争力逐步减弱，业内已将目光投向更有前景的TBC电池和HBC电池技术。

2.TBC：目前性价比最高的IBC电池工艺路线

TBC电池结合IBC电池高的短路电流与TOPCon优异的钝化接触特性，从而获得更高的转换效率。TOPCon电池正表面存在较高的金属接触复合，TBC电池不存在该问题。将TOPCon电池钝化技术用于正面无遮挡的IBC太阳电池，能在不损失电流的基础上提高钝化效果和开路电压，从而获得更高的光电转换效率。

受益于TOPCon电池工艺的成熟，TBC工艺成为目前性价比最高的IBC电池工艺路线。目前TBC电池技术难点主要集中在背面电极隔离、多晶硅钝化质量的均匀性以及与IBC工艺路线的集成等。当前制备TOPCon电池的关键设备LPCVD/PECVD已经成熟，推动TOPCon电池整套量产工艺成熟的同时，带动了TBC电池工艺的成熟。SunPower和国内尝试量产IBC电池的企业，纷纷向该技术路线转型。

TBC电池不仅能够应用于N型晶硅基底，也可以应用于P型基底，在光电转换效率提升和成本降低方面都有巨大潜力。

3.HBC：新一代最有发展潜力的晶硅电池工艺路线

HBC电池将HJT电池技术和IBC电池技术有机结合，利用HJT电池结构非晶硅优越的表面钝化性能，并借鉴了IBC电池结构正面无金属遮挡的优点。与IBC电池结构相比，HBC太阳电池采用氢化非晶硅（a-Si∶H）作为双面钝化层，在背面形成局部异质结结构，基于高质量的非晶硅钝化，获得高开路电压。与HJT太阳电池相比，HBC太阳电池前表面无电极遮挡，采用减反射层取代透明的导电氧化物薄膜（TCO），在短波长范围内光学损失更少，成本更低。

HBC电池具备大短路电流和高开路电压的双重优势，代表着晶硅太阳电池的最高光电转换效率水平。2014年4月，日本松下将IBC技术与HJT技术结合，在143.7cm2的N型硅片上实现25.6%的电池转换效率，为当时在标准测试条件下世界最高转换效率；同月，日本Sharp在3.72cm2小硅片上，制备出转换效率达到25.1%的HBC电池样片；2016年9月，日本Kaneka宣布在面积为180cm2的HBC电池结构上实现了世界最高转换效率26.33%；2017年8月，Kaneka又将该记录提高至26.63%，为目前晶硅太阳能电池研发效率的最高水平和记录。

HBC太阳电池兼具IBC太阳电池与HJT太阳电池在结构与工艺上的难点，主要体现在工艺流程复杂、设备昂贵、配套工艺及辅材要求高：1）需要掩模、开槽、掺杂和清洗才能完成制备背面PN区，制程复杂，比如Kaneka的方案，就高达8个工序，涉及5个不同设备，制程复杂而昂贵，而主流PERC电池只需一道炉管扩散工艺就完成P-N结的制备；2）本征和掺杂非晶硅镀膜工艺，工艺窗口窄，对工艺清洁度要求极高；3）负电极都处于背面，电极印刷和电极隔离工艺对设备精度要求高；4）低温银浆导电性弱，需要跟TCO配合良好，壁垒高供给少；5）低温电池制程，客户端需要低温组件封装工艺配合。

HBC电池量产有待时日，未来降本方向在于提效的同时简化和减少工艺步骤。所有背接触结构的实现通常都会增加整个制造过程的复杂性，且背接触方案的工艺实现需要合理的图形化方案和精准的掩膜对准技术，未来最佳的解决方案是通过简化和减少工艺步骤来降低生产成本，同时提高HBC电池的转换效率，以及在两者之间取得平衡。

来源：普乐科技，浙商证券研究所

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