BC電池工藝技術(shù)學(xué)習(xí)——可與多種技術(shù)（TOPCon，HJT)結(jié)合（TBC,HBC）

摘要：

1、BC不是一種全新的電池技術(shù)。Back Contact，金屬電極均以叉指狀排列在電池背面，為正面創(chuàng)造更多的吸光面積，提高電池片的整體光電轉(zhuǎn)換效率。

2、BC不是一種孤立的電池技術(shù)。TBC=TOPCon（隧穿氧化硅/摻雜多晶硅）+BC（全背面接觸）；HBC=HJT（非/微晶硅）+BC（全背面接觸），TBC/HBC的競爭實(shí)質(zhì)上是TOPCon和HJT的進(jìn)一步差異化競爭。

3、BC技術(shù)壁壘高，并非擁有TOPCon/HJT儲(chǔ)備即可隨時(shí)轉(zhuǎn)產(chǎn)BC電池。①BC電池的生產(chǎn)工序較長，尤以背電極制作較為繁瑣，需要經(jīng)歷2~3道激光開槽工藝，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性/工藝成熟水平要求較高，而激光開槽過程中造成的漏電問題是制約電池片生產(chǎn)良率的重要瓶頸；②由于背電極相互交叉，在焊帶設(shè)計(jì)/焊接工藝和封裝工藝也需要做相應(yīng)調(diào)整。焊帶方面，扁平化、變薄變寬趨勢；膠膜方面，主流方案EPE+POE，膠膜厚度可隨焊帶超薄而下降；串焊機(jī)方面，焊接精度要求大幅提高，需要BC專用串焊機(jī)。

4、BC技術(shù)高度適配電鍍銅。當(dāng)前金屬化方案中，電鍍銅、銀漿各具優(yōu)勢，長期看，對(duì)于工藝復(fù)雜，人力、設(shè)備、材料成本高昂的BC電池而言，電鍍銅在成本、工藝匹配上表現(xiàn)出巨大潛力。

結(jié)構(gòu)

BC基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：

從上至下：SiNx/SiO2   - n+ Si（摻磷）- Si基底 - p+（硼擴(kuò)）/n++（磷擴(kuò)） Si   -   SiO2/SiNx - 金屬電極（叉指）

n+ Si（摻磷）：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(shí)還可以降低串聯(lián)電阻，提升電子傳輸能力。

p+ Si（硼擴(kuò)）：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++ Si（磷擴(kuò)）：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)。

SiO2/SiNx：背面，抑制IBC太陽電池的載流子復(fù)合；正面，減反層提高發(fā)電效率。

圖：IBC電池結(jié)構(gòu)

來源：《叉指背接觸硅太陽能電池》，國金證券研究所

圖：叉指電極

來源：DS New Energy官網(wǎng)

HBC結(jié)構(gòu)（HJT/BC）：

從上至下：減反層   -   本征非晶硅   -   Si基底 -   本征非晶硅 - n/p型非晶硅 - TCO - 金屬電極

圖：HBC電池結(jié)構(gòu)

來源：摩爾光伏

TBC結(jié)構(gòu)（TOPCon/BC）：

從上至下：減反層 - 鈍化層 - AlOx - n+ Si（摻磷）- Si基底 - 隧穿氧化層 - p+/n++摻雜多晶硅 - 鈍化層 - 減反層 - 金屬電極

圖：TBC電池結(jié)構(gòu)

來源：光伏測試網(wǎng)

工藝

表：各BC技術(shù)工藝流程

來源：全球光伏

難點(diǎn)：N/P區(qū)圖形化

目的：在電池背面建立獨(dú)立的電子/空穴傳輸通道

工藝：激光開槽。激光1、激光2做圖形化，激光3用于金屬化前的SiNx開孔。

要求：激光能量均勻

圖：隆基HPBC全激光流程圖

來源：全球光伏

表：各BC技術(shù)效率、投資額

來源：東方日升

雙面率問題：BC電池由于電極都在背面，犧牲了一定的雙面率，但正面遮光面積增加3-4%帶來的效率增益足以抵消背面效率降低帶來的影響。從應(yīng)用場景角度看，BC電池的單面特性及其適用于屋頂光伏，發(fā)電量可比TOPCon高2-3%（河南/河北光照條件下，來源：隆基中期業(yè)績交流會(huì)）。BC電池的雙面率仍有提升空間，當(dāng)前BC電池主攻單面市場，在雙面性能表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢之前，暫不會(huì)參與雙面市場競爭。

封裝

IBC電極均在背面，無法用一根焊帶直線互聯(lián)。IBC 組件的焊接工藝需要特殊的互聯(lián)焊帶進(jìn)行連接。

互聯(lián)工藝的難點(diǎn)是絕緣問題：1、電池片本身做絕緣處理，但這種方法成本較高；

2、利用絕緣膠膜在背接觸電池片焊接前進(jìn)行絕緣處理，但會(huì)影響組件生產(chǎn)效率。

目前行業(yè)內(nèi)提出的2個(gè)方案：

1、導(dǎo)電膠+柔性電路背板。

基于全新的金屬箔電路設(shè)計(jì)，每片電池片通過柔性的導(dǎo)電膠和金屬箔電路互聯(lián)從而自動(dòng)形成完整的回路。

組件封裝結(jié)構(gòu)：鋼化玻璃 - EVA - 電池片 - 絕緣層 - 導(dǎo)電背板 - EVA - 背板。

來源：日托光伏，國金證券研究所

來源：索比咨詢

2、涂錫銅帶焊接和普通背板。

a、使用特殊形狀焊帶（根據(jù)背面結(jié)構(gòu)定制化設(shè)計(jì)），材料成本低，實(shí)現(xiàn)較簡單。

b、IBC電池串焊連接時(shí)，通常將完整的一整根焊帶裁切截?cái)嗪?，連接相鄰兩個(gè)電池片的正極和負(fù)極。因而，傳統(tǒng)的焊帶用于IBC電池串焊時(shí)，存在多次的拖拽、拉伸和截?cái)嗖僮?，降低生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率。

b、焊接原理發(fā)生了變化，從雙面焊接變成單面焊接，單面焊接時(shí)，硅片易受熱彎曲，增加工藝難度。需要全新BC電池專用串焊機(jī)。

隆基焊帶方案：將具有導(dǎo)電段和絕緣段間隔交替分布的焊帶用于IBC電池片的串焊中，同一條焊帶的導(dǎo)電段同時(shí)焊接相鄰兩個(gè)IBC電池片中，一個(gè)電池片的正極區(qū)域、另一個(gè)電池片的負(fù)極區(qū)域。

焊帶形狀：圓形、矩形、三角形。

圖：隆基焊帶專利示意圖

來源：隆基專利CN219610448U

膠膜：原則上EVA、POE、EPE都可用。IBC組件正面無金屬柵線，外觀要求更高；背面線路焊接，耐腐蝕性要求高。Maxeon 的IBC組件采用的是純POE膠膜的封裝路線。

*封裝IBC電池時(shí)，無需考慮焊帶對(duì)電池正面膠膜厚度的影響，POE膠膜雖然價(jià)格昂貴，但工藝上允許可以適度降低正面膠膜克重，利于組件降本。

金屬化

BC電池的重大區(qū)別在于：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。

因此金屬化的要求：

1、減反層開孔面積小。背面金屬接觸比例越小，復(fù)合電流就越小，開路電壓提高。

2、N和P的接觸孔區(qū)需要與各自的擴(kuò)散區(qū)對(duì)準(zhǔn)，否則會(huì)造成電池漏電失效。

圖：SiNx開孔

來源：《叉指背接觸硅太陽能電池》

銀漿在BC電池中的局限：

1、BC電池柵線均在背面，對(duì)光照遮擋要求低，且考慮到電極面積越大更利于電流輸出，一般柵線較高。這種情況下，銀漿耗量大、成本高，且目前沒有降本路線。

2、BC電池背面n區(qū)/p區(qū)面積大小不同且間隔排列，不同區(qū)域?qū)?yīng)柵線寬度也不同，使用絲網(wǎng)印刷銀漿的方案，在網(wǎng)版設(shè)計(jì)上要做出重大調(diào)整。

3、BC電池電極均在同一面，意味著電子/空穴分離后將向同一方向運(yùn)動(dòng)、輸出，相比其他結(jié)構(gòu)電池，同一方向運(yùn)動(dòng)難免存在更嚴(yán)重復(fù)合問題，也就對(duì)金屬端的導(dǎo)電能力提出了更高要求。銀漿并非純銀材料，大量的有機(jī)物、添加劑等使其導(dǎo)電能力不如純銅。

4、銀鋁漿存在高度差，增加焊接難度。

銅電鍍更為適配：

1、BC電池背面叉指狀的P區(qū)和N區(qū)在制作過程需要多次的掩膜和光刻技術(shù)，且之間的gap區(qū)域需非常精準(zhǔn)，與銅電鍍精細(xì)的掩膜光刻工藝適配，可以同時(shí)降低金屬化環(huán)節(jié)的設(shè)備投資成本。

2、光刻工藝下，銅柵線線寬靈活可調(diào)且更加精細(xì)，易找到電流輸出與接觸面積的最佳平衡點(diǎn)。

3、銅價(jià)格低廉，銅柵線材料成本低。

4、純銅柵線相比銀漿導(dǎo)電性更好。

圖：IBC電池銅電鍍工藝

來源：《Direct contact plating - Inline plating solution for ZEBRA IBC by local contacting》

重點(diǎn)關(guān)注主線：

1）研發(fā)能力、技術(shù)/資金儲(chǔ)備、產(chǎn)業(yè)影響力更強(qiáng)的頭部企業(yè)：隆基綠能、通威股份、愛旭股份 等；2）BC技術(shù)方案核心設(shè)備供應(yīng)商：帝爾激光 等；3）與BC技術(shù)更匹配的電鍍銅工藝設(shè)備供應(yīng)商：芯碁微裝，羅博特科、蘇大維格 等。4)相關(guān)材料廠商：宇邦新材、廣信材料等。