干貨！IBC電池技術(shù)介紹與產(chǎn)業(yè)化探索

IBC（Interdigitated back contact指交叉背接觸）電池是指正負金屬電極呈叉指狀方式排列在電池背光面的一種背結(jié)背接觸的太陽電池結(jié)構(gòu)，它的p－n結(jié)位于電池背面，電流屬于二維傳輸模型。MWT、EWT也屬于背接觸太陽電池，但因其p－n結(jié)位于電池正面，故稱之為前結(jié)背接觸太陽電池。

IBC電池的結(jié)構(gòu)如圖1，一般以n型硅作為基底，前表面是n＋的前場區(qū)FSF，背表面為叉指狀排列的p＋發(fā)射極Emitter和n＋背場BSF。前后表面均采用SiO2／SiNx疊層膜作為鈍化層。正面無金屬接觸，背面的正負電極接觸區(qū)域也呈叉指狀排列。

IBC電池的結(jié)構(gòu)如圖1，一般以n型硅作為基底，前表面是n＋的前場區(qū)FSF，背表面為叉指狀排列的p＋發(fā)射極Emitter和n＋背場BSF。前后表面均采用SiO2／SiNx疊層膜作為鈍化層。正面無金屬接觸，背面的正負電極接觸區(qū)域也呈叉指狀排列。

FSF的作用是利用場鈍化效應(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，可通過磷擴散或離子注入等技術(shù)形成；背面Emitter的作用是與n型硅基底形成p－n結(jié)，有效地分離載流子，可以通過硼擴散或旋涂的方式制備；背面BSF主要是與n型硅形成高低結(jié)，誘導(dǎo)形成p－n結(jié)，增強載流子的分離能力，可通過磷擴散或離子注入形成；背面p／n交替的叉指狀結(jié)構(gòu)的形成是IBC電池的技術(shù)核心，可通過光刻、掩膜、激光等方法實現(xiàn)。

▲圖1． IBC電池結(jié)構(gòu)示意圖［1］

1．2 IBC電池發(fā)展過程

1975年Schwartz等人提出了背接觸的概念，之后經(jīng)過多年的研究發(fā)展，人們研發(fā)出了指交叉式的IBC太陽電池，最初此類電池主要應(yīng)用于聚光系統(tǒng)。

1984年，Swanson等人報道了與IBC類似的點接觸（Point Contact Cell， PCC）太陽電池，并在88倍聚光系統(tǒng)下得到19．7％的轉(zhuǎn)換效率，與正常IBC電池相比，工藝過程更為復(fù)雜，不易大規(guī)模推廣。

第二年，Verlinden等人在標準光照下，制備出效率21％的IBC太陽電池。1997年，SunPower公司和斯坦福大學(xué)開發(fā)的IBC電池，在1個光照下得到23．2％的轉(zhuǎn)換效率。2004年，SunPower公司采用點接觸和絲網(wǎng)印刷技術(shù)研發(fā)出第一代大面積（149cm2）的IBC電池A－300，電池效率為21．5％。

2007年，SunPower公司經(jīng)過對原有A－300 IBC電池工藝的優(yōu)化和改進，研發(fā)出可量產(chǎn)的平均效率22．4％的第二代IBC電池。2014年，SunPower公司在n型CZ硅片上制備的第三代IBC太陽電池，最高效率達到25．2％。

目前在IBC電池的研究基礎(chǔ)上，人們也在嘗試將IBC電池與其它電池相融合的研發(fā)思路，如HBC（Heterojunction Back Contact）電池是將HIT異質(zhì)結(jié)電池與IBC相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，在2017年已經(jīng)報道出了26．6％的電池轉(zhuǎn)換效率。

2．IBC電池的

2．1 優(yōu)勢

IBC電池發(fā)射區(qū)和基區(qū)的電極均處于背面，正面完全無柵線遮擋，因為這種特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使它具有以下優(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）正負電極都在電池背面，不必考慮柵線遮擋問題，可適當加寬柵線比例，從而降低串聯(lián)電阻，提高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Voc和Jsc；

4）外形美觀，尤其適用于光伏建筑一體化，具有較好的商業(yè)化前景；

2．2 挑戰(zhàn)

雖然IBC電池存在很多優(yōu)點，但同時它也面臨很多挑戰(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背面p－n結(jié)前盡可能少的或完全不被復(fù)合掉，就需要較高的少子擴散長度。

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，需要多次的掩膜和光刻技術(shù)，為了防止漏電，p區(qū)和n區(qū)之間的gap區(qū)域也需非常精準，這無疑都增加了工藝難度。

4）IBC復(fù)雜的工藝步驟使其制作成本遠高于傳統(tǒng)晶體硅電池。

正是因為上述挑戰(zhàn)，使得IBC電池的產(chǎn)業(yè)化之路充滿阻礙。目前中來光電已經(jīng)完成IBC電池核心技術(shù)的研發(fā)過程，正在積極探索IBC電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

IBC電池的核心技術(shù)之一是其背面電極的設(shè)計，因為它不僅影響電池性能，還直接決定了IBC組件的制作工藝。按照電極設(shè)計的不同，中來IBC電池包含三種主要類型，如圖2所示。