光伏电池技术从早期的铝背场电池BSF (Aluminium Back Surface Field)，到目前市占率高达90%以上的PERC电池(Passivated Emitter and Rear Contact，发射极钝化和背面接触)，降本增效是其永恒的主题。随着PERC技术的不断发展成熟，已逐步逼近其转换效率的理论极限，业界开始寻求下一代光伏电池技术，目前推进中的主流技术有TOPCon电池技术(Tunnel oxide passivated contact， 隧穿氧化层钝化接触)以及HJT电池技术（Heterojunction with Intrinsic Thinfilm，异质结）。TOPCon和HJT技术是通过提出新的钝化结构，来提升电池的钝化效果从而提高整体转化效率。目前关于TOPCon和HJT的讨论颇多，其实在这二者之外，IBC（Interdigitated back contact，交叉背接触）技术近期也受到了诸多关注，并且有头部厂家已经率先开始投产。与TOPCon和HJT的钝化思路不同，IBC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，减少正面栅线对阳光的遮挡，结合金字塔绒面结构和减反层组成的陷光结构，能够最大限度地利用入射光。IBC主要通过结构的改变来提高转换效率，是一种较为纯粹的单面电池。同时，IBC可以与PERC、TOPCon、HJT等多种技术叠加，有望成为新一代的平台型技术，与TOPCon技术的叠加被称为“TBC”电池，而与HJT技术的叠加则被称为“HBC”电池。图1. IBC电池侧面结构
资料来源：《叉指背接触硅太阳电池（张伟康等）》
在衬底硅片的选择上，IBC 电池的衬底硅片既可以是 P 型硅片，也可以是 N 型硅片。选用不同类型的衬底硅片后，其在电池的掺杂上会有所不同。以N型硅片为例，前表面为磷掺杂的n+前场结构FSF（Front Surface Field），利用场钝化效应降低表面少子浓度，从而降低表面复合速率，同时还可以降低串联电阻，提升电子传输能力；背表面为采用扩散方式形成的叉指状排列的硼掺杂p+发射极和磷掺杂n++背场BSF，发射极能够与N型硅基底形成p-n结，有效分流载流子，n+背表面场区能够与n型硅形成高低结，增强载流子的分离能力，是IBC电池的核心技术；前后表面均采用SiO2/SiNx叠层膜作为钝化膜，抑制IBC太阳电池背表面的载流子复合；前表面常镀上减反射层，提高发电效率；金属接触部分全都在背面的正负电极接触区域，也呈叉指状排列。图2. IBC电池背面结构
相较于传统太阳能电池，IBC电池的工艺流程更为复杂，且不同厂商采用的制备工艺均有所差别。其工艺的关键问题是如何在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的P区和N区，以及在其上面分别形成金属化接触和栅线，重点主要集中在扩散掺杂、钝化镀膜、金属化栅线三个方面：扩散掺杂：常见的定域掺杂方法为掩膜法，可以通过以下方式制备：
(1)光刻法：通过光刻的方法在掩膜上形成需要的图形，这种方法的成本高，不适合大规模生产。
(2)印刷法：通过丝网印刷刻蚀浆料或者阻挡型浆料来刻蚀或者挡住不需要刻蚀的部分掩膜，形成需要的图形，这种方法成本较低，但对电池背面图案和栅线的设计要求非常高，存在丝网印刷的对准精度问题和印刷重复性问题。
(3)激光法：激光也是解决丝网印刷局限性的一条途径。无论是间接刻蚀掩膜，还是直接刻蚀，激光的方法都可以得到比丝网印刷更加细小的电池单位结构，更小的金属接触开孔和更灵活的设计。
表面钝化：IBC电池的性能受前表面的影响更大，因为大部分的光生载流子在入射面产生，而这些载流子需要从前表面流动到电池背面直到接触电极，因此需要更好的表面钝化来减少载流子的复合。(1)前表面钝化：N型电池中的少数载流子是空穴，带正电的薄膜如 SiNx 较适合用于IBC电池的 N 型硅前表面的钝化。(2)背表面钝化：而对于电池背表面，由于同时有 P、N 两种扩散，理想的钝化膜则是能同时钝化P、N两种扩散界面，二氧化硅是理想选择。如果背面 Emitter/P+硅占比较大，带负电薄膜如AlOx也是不错选择。金属栅线：IBC电池的栅线都在背面，不需要考虑遮光，所以可以更加灵活地设计栅线，降低串联电阻，根据背面栅线的不同，可分为无主栅、四主栅、点接式 IBC 电池三种。但 IBC电池正表面电流密度较大，在背面的接触和栅线上的外部串联电阻损失也较大。所以在一定范围内金属接触区的比例越小，复合就越少，从而 Voc 越高，因此IBC电池金属化之前一般要涉及到打开接触孔/线。另外，N和P的接触孔区需要与各自的扩散区对准，否则会造成电池漏电失效。主要的栅线制备方法有丝网印刷、激光、蒸镀、电镀等。图3. IBC电池的一种制备流程
IBC电池独特的结构设计，使其具有以下优势：
1） 电池正面无栅线遮挡，可消除金属电极的遮光电流损失，实现入射光子的最大利用化，较常规太阳电池短路电流可提高7%左右；2）正负电极都在电池背面，不必考虑栅线遮挡问题，可适当加宽栅线比例，从而降低串联电阻，提高填充因子FF；3） 由于正面不用考虑栅线遮光、金属接触等因素，可对表面钝化及表面陷光结构进行最优化的设计，可得到较低的前表面复合速率和表面反射，从而提高开路电压Voc和短路电流Jsc；4）外形美观，尤其适用于光伏建筑一体化BIPV，具有较好的商业化前景；同时，IBC电池的生产制造也面临诸多挑战：
1）对基体材料要求较高，需要较高的少子寿命。因为IBC电池属于背结电池，为使光生载流子在到达背面p-n结前尽可能少的或完全不被复合，就需要较高的少子扩散长度。2）IBC电池对前表面的钝化要求较高。如果前表面复合较高，光生载流子在未到达背面p-n结区之前，已被复合掉，将会大幅降低电池转换效率。3）工艺过程复杂。背面指交叉状的p区和n区在制作过程中需要多次掩膜技术，为防止漏电，p区和n区之间的gap区域也需非常精准，这无疑都增加了工艺难度及成本。
由于 IBC 电池具备没有金属遮挡的结构优点，在继续优化性能、提升效率的过程中可以与其他电池技术相结合。为了进一步优化IBC电池的整体复合，将HJT非晶硅钝化技术与IBC相结合，开发出HBC电池；也有将TOPCon钝化接触技术与IBC 相结合，研发出POLO-IBC（TBC）电池。
图4. HBC电池结构
从HBC电池结构来看，在基于N型硅片正面依次沉积氢化非晶硅（a-Si:H）作为前表面钝化层，并采用 SiNx 减反射层取代透明的TCO导电膜，光学损失更少、成本更低；在硅片背面，依次沉积氢化非晶硅（a-Si:H）背钝化层，以及钝化层上呈叉指状分布的 p-a-Si∶H 层和 n-a-Si∶H 层，分别作为发射极和背场 BSF，发射极和 BSF 二者间隙隔离。同时，在发射极和 BSF 上再沉积透明导电薄膜，并制作对应的金属接触电极。HBC电池结构能够获得较高转换效率的原因在于: (1) HBC电池采用化非晶硅(a-Si:H)作为双面钝化层，在背面形成局部a-Si/c-Si异质结结构，基于高质量的非晶硅钝化，获得高Voc，充分吸收了HJT电池非晶硅钝化技术的优点。（2）HBC电池采用了IBC电池结构，前表面无遮光损失和减少了电阻损失，从而拥有较高的Jsc，充分结合了HJT电池技术与IBC电池结构的优点。HBC电池结合了HJT和IBC电池结构的特点，基于其二者结合后的电池结构，HBC 电池有部分工序也与 HJT 电池相同，存在部分兼容。从 HJT 电池的制作流程看，其核心制造工序主要为清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO膜沉积和电极金属化4道工序。与 HJT 电池工序流程相比，HBC电池工艺流程的差异主要体现在如何实现背面的局域掺杂，以及背面金属电极的制作。HBC电池在继承了两者优点的同时，也保留了IBC和HJT电池各自生产工艺的难点：投资成本高；本征和掺杂非晶硅镀膜工艺，工艺窗口非常窄，对工艺清洁度要求极高；需要低温组件封装工艺；制程复杂；正负电极都处于背表面，需要严格的电极隔离工艺。更重要的是，HBC电流的导入设计中HJT 引入了 IBC 的工艺，从而造成了双面率的损失，一般只做单面电池。如果下游有限制只能采用单面，比如屋顶分布式等场景，HBC可能会是更好选择。图5. TBC电池结构
POLO-IBC（TBC）电池采用交错背接触结构，正负电极均采用多晶硅氧化层（POLO）技术实现钝化接触。通过对传统 IBC 电池的背面进行优化设计，即用 p+和 n+的 POLY-Si 作为 Emitter 和 BSF，并在 POLY-Si 与掺杂层之间沉积一层隧穿氧化层 SiO2，可应用层选择性激光工艺。
普通双面电极电池在使用钝化接触时，虽然提高了钝化效果和电压，但由于钝化层对光的吸收，电流有所损失，因此将钝化接触用在正面无遮挡的背接触设计中就成为了一个两全齐美的解决方案， 由于使其具有更低复合，更好接触，更高转化效率。同时该电池也具有优异的选择性钝化接触特性，低温条件下就可以制备，且对硅衬底表面的洁净度要求不高。TBC电池工艺步骤部分与TOPCon兼容，结合了TOPCon 的背面钝化接触和 IBC 的背面叉指状排列 P+和 N+区，以及正面无栅线的特点。基于其二者结合后的电池结构，TBC 电池工艺流程的重点在于几个方面，背面隧穿氧化层的沉积，背面间隔排列的P+和N+的 POLY-Si 的沉积，以及背面金属电极的制作。而在TOPCon电池的制作中，其背面隧穿氧化层和掺杂非晶硅层的制作，主要是通过 LPCVD、PECVD、PVD等方法进行沉积，TBC电池在隧穿层和 P+和 N+区沉积的时候，有部分工序也与TOPCon 电池相同，存在部分兼容。主要差异体现在如何实现背面的局域掺杂，以及背面金属电极的制作。IBC电池的工业化进程，国外主要是Sunpower、Kaneka等公司，国内主要是隆基、爱旭等头部企业：1975年，Schwartz和Lammert首提背接触式光伏电池概念；1984年，斯坦福教授Swanson研发了IBC类似的点接触（Point Contact Cell，PCC）太阳电池，在聚光系统下转换效率19.7％；1985年Swanson教授创立SunPower，研发IBC电池。2021年，Sunpower最新的IBC电池量产效率达到了24.5%。
HBC电池主要是由日本钟渊化学Kaneka在推动，已取得较好的研发进展，2017年日本化学公司和太阳能电池制造商Kaneka通过背接触异质结技术实现的的最高效率26.63%。
2018 年德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）制作的 POLO-IBC 电池获得了 26.1 %的光电转换效率。但该结构制备流程相对复，使用了多次光刻和自对准的工艺。
2022年6月，爱旭股份最新研发成功的 ABC 电池，该电池采用了新一代 N 型全背结电池技术，正面无任何栅线遮挡，同时采用无银化方案(市场猜测可能为电镀铜)，电池效率25.5%起，组件量产效率23.5%，最大功率720W以上。
来源：常天赐 行业研究笔记