01、IBC光伏电池概况
IBC电池(interdigitated back contact)中文名称为交叉指式背接触电池。IBC电池正面无金属栅线,发射极和背场以及对应的正负金属电极呈叉指状集成在电池的背面,这种独特结构避免了金属栅线电极对光线的遮挡,结合前背表面均采用金字塔结构和抗反射层,最大程度地利用入射光,相较于PERC等其他技术路线的电池减少了更多的光学损失,具有更高的短路电流,有效提高IBC太阳电池的光电转换效率。
电池前表面收集的载流子要穿过衬底远距离扩散至背面电极,故IBC电池一般采用少子寿命更高的N型单晶硅衬底。
图表1：IBC电池结构图
数据来源：《IBC 太阳电池技术的研究进展》
IBC光伏电池具有较多优点：第一,与传统太阳电池相比,IBC太阳电池的短路电流密度可提高 5%~8%;第二,电池的正负电极均位于电池背面,可最大限度优化电极栅线,从而降低串联电阻,提高电池效率;第三,正面无金属栅线设计的考虑,可最优化地设计表面钝化及减反结构,从而改善电池性能;第四,正面无栅线,可与组件封装技术相结合,制备出外观好看且适用于光伏建筑一体化(building integrated PV，BIPV)的组件产品,未来应用前景较广。
02、IBC电池技术发展历程
IBC核心技术在于如何在电池背面制备出质量较好、成叉指状间隔排列的p区和n区。通过在电池背面印刷一层含硼的叉指状扩散掩膜层,掩膜层上的硼经扩散后进入N型衬底形成p+区,而未印刷掩膜层的区域，经磷扩散后形成n+区。
IBC 电池的发展历程可以分为技术探索期、初步产业化期、研发热潮期和技术分支化期四个阶段。
图表2 IBC光伏电池技术发展历程
数据来源：CPIA，Sunpower、索比光伏网
第一阶段1975-1996年,IBC技术概念被提出,进入技术探索期;第二阶段1997-2010年,技术领导者SunPower开启IBC电池初步产业化;第三阶段2011-2016年,更多厂商机构步入IBC技术研发;第四阶段2017年-至今,IBC技术形成三大分支化路线。
03、IBC光伏电池产业发展面临的问题
在产业化道路上,IBC光伏电池面临四点挑战。第一,对基体材料要求较高,需要较高的少子寿命;第二,IBC电池对前表面的钝化要求较高。若前表面钝化效果不理想,光生载流子在未到达背面PN结区之前,已被复合掉,将会大幅降低电池转换效率;第三,工艺过程复杂。
背面指交叉状的P区和N区在制作过程中,需要多次的掩膜和光刻技术,为了防止漏电,P区和N区之间的间隙也需非常精准,增加了工艺难度;第四,IBC复杂的工艺步骤使其制作成本远高于传统晶体硅电池。
2021年,PERC单晶电池平均转换效率已到23.1%,TOPCon电池和HJT电池平均转换效率分别达到24.0%和24.2%,经典IBC电池获取的效率溢价,难以覆盖其成本溢价,故经典IBC工艺路线竞争力逐渐衰弱。
在此背景下,IBC电池慢慢成为了一种平台型电池技术,厂商在该技术上结合TOPCon和HJT的特点,IBC电池逐渐形成了三大工艺路线。一是以SunPower为代表的经典IBC电池工艺;二是以ISFH为代表的POLO-IBC电池工艺,由于POLO-IBC工艺复杂,低成本的同源技术TBC电池工艺(TOPCon-IBC)更具优势;三是以Kaneka为代表的HBC电池工艺(IBC-SHJ)。
图表3 IBC光伏电池工艺路线
数据来源：中科院宁波材料所
HBC工艺即在硅片表面采用本征非晶硅进行钝化,在背面分别采用N型和P型的非晶硅薄膜形成异质结,该结构充分利用了非晶硅优越的表面钝化性能,并结合了IBC结构没有金属遮挡的优点,有效提升电池转换效率。IBC与非晶硅钝化技术的结合是未来IBC电池效率提升的方向之一。
将TOPCon钝化接触技术与IBC相结合,即是TBC电池,又名POLO-IBC电池。多晶硅氧化物(POLO层)选择钝化接触技术是通过生长SiO2和沉积本征多晶硅,采用高温退火方式使正背面SiO2钝化薄层形成局部微孔,通过微孔和隧穿特性实现电流的导通。因此,将POLO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,获得更高的光电转换效率。
从转换效率来看,TBC技术和HBC技术均优于经典IBC技术。根据普乐科技,经典IBC的量产效率在23.5%-24%之间,TBC在24.5%-25.5%之间,HBC在25%-26.5%之间,实验室中的效率分别能够达到25.2%，26.1%,26.63%。TBC技术和HBC技术在转换效率层面优于经典IBC技术。
从产业化进度上来看,短期内TBC电池路线发展前景更广。目前,TBC和HBC电池技术路线均处于实验室研究阶段,产业化进程的推进仍有许多问题亟待解决。TOPCon的工艺路线相比HJT的工艺路线更加成熟,成本更低,TBC产线又与TOPCon产线部分兼容,故TBC技术成为短期内极具性价比的IBC电池进化方向。HBC电池仍需克服诸多挑战,除了TCO靶材和低温银浆的高成本外,还需解决IBC技术严格的电极隔离、制程复杂及工艺窗口窄等问题。
04、投资策略总结
经过梳理分析:IBC电池正面无金属栅线,发射极和背场及对应的正负金属电极呈叉指状集成在电池背面，该结构最大程度减少了光学损失。从转换效率来看,传统IBC电池的效率并没有与TOPCon和 HJT电池拉开差距,而IBC电池技术作为一种平台型技术,叠加TOPCon/HJT电池技术,即TBC/HBC电池,量产效率分别为24.5%~25.5%/25%~26.5%。从成本来看,IBC电池目前成本高,精简工艺步骤,降低制造成本是降本核心。
未来,IBC光伏电池产业落地将围绕TBC+HBC技术路径布局,建议关注在这些拥有技术积累且小规模化落地实施的光伏厂商企业。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202305/02/367351.html
