TOPCon、HJT之后：谁将接力下一代光伏电池技术？

PERC之后是HJT或者TOPCon，HJT或者TOPCon之后又是什么?

1、 IBC 电池

正面无栅线遮挡拥有更高电流，工艺相对复杂实现难度较高

IBC 电池(Interdigitated back contact，指交叉背接触电池)指 P-N 结与正负金属电极接触区都位于电池背光 面并呈叉指状方式排列的一种太阳电池结构。

1985 年，Swanson教授创立了 SunPower 研发 IBC 电池;

2004 年， SunPower 菲律宾工厂规模量产第一代 IBC 电池;

2019 年黄河水电公司建立国内首条 IBC 电池量产线，转换效 率 23.7%。

IBC 电池可以实现正面完全无栅线遮挡，从而消除金属电极的遮光电流损失，实现入射光子的最大 利用，相较于常规电池可以获得更高的电流。

IBC 电池结构：电池前表面形成 n+ FSF(n+前场区)，利用场致钝化效应降低表面少子浓度，从而降低表 面复合速率，同时降低串联电阻，提升电子传输能力。电池背表面为叉指状排列的 p+ emitter(p+发射极)和 n+BSF(n+背场区)。

其中，前者与 N 型硅基底形成 P-N 结，有效分离载流子，是电池的核心结构;n+BSF 主 要是与n型硅基底形成高低结，诱导形成P-N结，进一步增强载流子的分离能力。此外，前后表面均采用SiO2/SiNx 叠层膜进行钝化。正面无金属接触，背表面的正负电极接触区域也呈叉指状排列。

TBC 电池

通过对传统 IBC 电池的背表面进行优化设计，增加钝化接触结构。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。这样的背表面钝化可以有效降低复 合，实现更好的接触，进而提高电池转化效率。

HBC 电池：2014 年，松下在 HJT 电池基础上，结合 IBC 电池结构，开发了 HBC 电池，转换效率 25.6%。 2017 年，Kaneka 刷新 HBC 电池转换效率世界纪录至 26.63%。

HBC 电池背面的 Emitter 和 BSF 区域为 p+非晶 硅和 n+非晶硅层，在异质结接触区域插入一层本征非晶硅钝化层。HBC 电池具有高质量的钝化效果和低的温度 系数，并同时具备大短路电流和高开路电压的双重优势。

核心工艺：制备背表面叉指状 P+与 N+区以及背面金属化是关键

对于 IBC 电池而言，背表面的叉指状 P+与 N+区结 构是影响电池性能的关键。一般而言，IBC 背面可采用印刷源浆、光刻、离子注入、激光掺杂等方式制备叉指 状 P+区与 N+区。同时，就背面金属化方面，IBC 电池主要采用丝网印刷、铜蒸镀两种方式。

①印刷源浆方式具有成本优势，但是容易造成电池表面缺陷，掺杂效果较难控制。②光刻的优点包括复合 低、掺杂类型可控等，但是工艺难度较大。③离子注入方式优点主要为控制精度高、扩散均匀性良好，但是容 易造成晶格损伤。④激光掺杂工艺相对简单，常温下可制备，但是需要精确对位。

钙钛矿电池

成本优势具备广阔商业前景，道阻且长行则将至

钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，即利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太 阳能电池，来源于染料敏化太阳电池，优点主要体现为光吸收系数高、载流子扩散长度长、带隙可调等。

2009 年，日本科学家 Miyasaka 最早应用钙钛矿材料制备染料敏化单结太阳能电池，但当时转换效率仅为 3.8%。

经 过多年发展，2020 年 12 月，英国牛津的 Oxford PV 公司将硅/钙钛矿叠层太阳能电池转换效率刷新至 29.52%;

2021 年，亥姆霍兹中心(HZB)科学家制备的钙钛矿/Si 叠层太阳能电池转换效率进一步提升至 29.80%。

钙钛矿晶硅叠层电池由一层硅与一层合成钙钛矿薄膜层串联而成，电池转换效率接近 30%。除转换效率优 势外，其成本低廉、材料供给充足，具备广阔的商业前景。制约因素方面，①目前的合成钙钛矿一般是有机— 无机金属卤化物钙钛矿，高效钙钛矿电池由于含铅从而带来环境问题;②钙钛矿电池在大面积衬底下难以控制 薄膜均匀性，效率与稳定性会有所下降。

钙钛矿晶硅叠层电池应用前景值得期待，但产业化尚需时日。钙钛矿电池在过去十多年间取得了飞速的发 展。国内方面，2021 年以来钙钛矿晶硅叠层电池研发团队获得资本青睐：

2021 年 1 月，纤纳光电完成 C 轮融资 3.6 亿元，由三峡资本领投，京能集团、衢州金控、三峡招银等资方 跟投。主要用于钙钛矿光伏百兆瓦级产线扩建、叠层产品升级、应用产品研发与生产等。

2021 年 3 月，协鑫光电完成新一轮过亿融资，凯辉能源基金领投。

2021 年 8 月，曜能科技完成数千万 A 轮融资，高瓴资本领投。

2021 年 10 月，极电光能完成 Pre-A 轮融资，由碧桂园创投、九智资本联合领投，建银国际、云林基金跟投， 募集资金 2.2 亿元，主要用于新技术研发和试制线建设。

但从产业化角度来看，钙钛矿晶硅叠层电池还有很长的路要走，可谓道阻且长，行则将至。

责任编辑：周末