PERC之后是HJT或者TOPCon，HJT或者TOPCon之后又是什么？

 

IBC 電池

 

正面無柵線遮擋擁有更高電流，工藝相對(duì)復(fù)雜實(shí)現(xiàn)難度較高

 

IBC 電池（Interdigitated back contact，指交叉背接觸電池）指 P-N 結(jié)與正負(fù)金屬電極接觸區(qū)都位于電池背光 面并呈叉指狀方式排列的一種太陽電池結(jié)構(gòu)。

 

1985 年，Swanson教授創(chuàng)立了 SunPower 研發(fā) IBC 電池；

 

2004 年，SunPower 菲律賓工廠規(guī)模量產(chǎn)第一代 IBC 電池；

 

2019 年黃河水電公司建立國內(nèi)首條 IBC 電池量產(chǎn)線，轉(zhuǎn)換效 率 23.7%。

 

IBC 電池可以實(shí)現(xiàn)正面完全無柵線遮擋，從而消除金屬電極的遮光電流損失，實(shí)現(xiàn)入射光子的最大 利用，相較于常規(guī)電池可以獲得更高的電流。

 

IBC 電池結(jié)構(gòu)：電池前表面形成 n+ FSF（n+前場區(qū)），利用場致鈍化效應(yīng)降低表面少子濃度，從而降低表 面復(fù)合速率，同時(shí)降低串聯(lián)電阻，提升電子傳輸能力。電池背表面為叉指狀排列的 p+ emitter（p+發(fā)射極）和 n+BSF（n+背場區(qū)）。

 

其中，前者與 N 型硅基底形成 P-N 結(jié)，有效分離載流子，是電池的核心結(jié)構(gòu)；n+BSF 主 要是與n型硅基底形成高低結(jié)，誘導(dǎo)形成P-N結(jié)，進(jìn)一步增強(qiáng)載流子的分離能力。此外，前后表面均采用SiO2/SiNx 疊層膜進(jìn)行鈍化。正面無金屬接觸，背表面的正負(fù)電極接觸區(qū)域也呈叉指狀排列。

 

 

 

通過對(duì)傳統(tǒng) IBC 電池的背表面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加鈍化接觸結(jié)構(gòu)。即用 p+和 n+的 POLY-Si 作 為 Emitter 和 BSF，并在 POLY-Si 與摻雜層之間沉積一層隧穿氧化層 SiO2。這樣的背表面鈍化可以有效降低復(fù) 合，實(shí)現(xiàn)更好的接觸，進(jìn)而提高電池轉(zhuǎn)化效率。

 

HBC 電池：2014 年，松下在 HJT 電池基礎(chǔ)上，結(jié)合 IBC 電池結(jié)構(gòu)，開發(fā)了 HBC 電池，轉(zhuǎn)換效率 25.6%。2017 年，Kaneka 刷新 HBC 電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄至 26.63%。

 

HBC 電池背面的 Emitter 和 BSF 區(qū)域?yàn)?p+非晶 硅和 n+非晶硅層，在異質(zhì)結(jié)接觸區(qū)域插入一層本征非晶硅鈍化層。HBC 電池具有高質(zhì)量的鈍化效果和低的溫度 系數(shù)，并同時(shí)具備大短路電流和高開路電壓的雙重優(yōu)勢。

 

核心工藝：制備背表面叉指狀 P+與 N+區(qū)以及背面金屬化是關(guān)鍵

 

對(duì)于 IBC 電池而言，背表面的叉指狀 P+與 N+區(qū)結(jié) 構(gòu)是影響電池性能的關(guān)鍵。一般而言，IBC 背面可采用印刷源漿、光刻、離子注入、激光摻雜等方式制備叉指 狀 P+區(qū)與 N+區(qū)。同時(shí)，就背面金屬化方面，IBC 電池主要采用絲網(wǎng)印刷、銅蒸鍍兩種方式。

 

印刷源漿方式具有成本優(yōu)勢，但是容易造成電池表面缺陷，摻雜效果較難控制。光刻的優(yōu)點(diǎn)包括復(fù)合 低、摻雜類型可控等，但是工藝難度較大。離子注入方式優(yōu)點(diǎn)主要為控制精度高、擴(kuò)散均勻性良好，但是容 易造成晶格損傷。激光摻雜工藝相對(duì)簡單，常溫下可制備，但是需要精確對(duì)位。

 

 

    鈣鈦礦電池

 

成本優(yōu)勢具備廣闊商業(yè)前景，道阻且長行則將至

 

鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），即利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太 陽能電池，來源于染料敏化太陽電池，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)為光吸收系數(shù)高、載流子擴(kuò)散長度長、帶隙可調(diào)等。

 

2009 年，日本科學(xué)家 Miyasaka 最早應(yīng)用鈣鈦礦材料制備染料敏化單結(jié)太陽能電池，但當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)換效率僅為 3.8%。

 

經(jīng) 過多年發(fā)展，2020 年 12 月，英國牛津的 Oxford PV 公司將硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池轉(zhuǎn)換效率刷新至 29.52%；

 

2021 年，亥姆霍茲中心（HZB）科學(xué)家制備的鈣鈦礦/Si 疊層太陽能電池轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升至 29.80%。

 

鈣鈦礦晶硅疊層電池由一層硅與一層合成鈣鈦礦薄膜層串聯(lián)而成，電池轉(zhuǎn)換效率接近 30%。除轉(zhuǎn)換效率優(yōu) 勢外，其成本低廉、材料供給充足，具備廣闊的商業(yè)前景。制約因素方面，目前的合成鈣鈦礦一般是有機(jī)— 無機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦，高效鈣鈦礦電池由于含鉛從而帶來環(huán)境問題；鈣鈦礦電池在大面積襯底下難以控制 薄膜均勻性，效率與穩(wěn)定性會(huì)有所下降。

 

鈣鈦礦晶硅疊層電池應(yīng)用前景值得期待，但產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。鈣鈦礦電池在過去十多年間取得了飛速的發(fā) 展。國內(nèi)方面，2021年以來鈣鈦礦晶硅疊層電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)獲得資本青睞：

 

2021年1月，纖納光電完成C輪融資3.6億元，由三峽資本領(lǐng)投，京能集團(tuán)、衢州金控、三峽招銀等資方 跟投。主要用于鈣鈦礦光伏百兆瓦級(jí)產(chǎn)線擴(kuò)建、疊層產(chǎn)品升級(jí)、應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)等。

 

2021年3月，協(xié)鑫光電完成新一輪過億融資，凱輝能源基金領(lǐng)投。

 

2021年8月，曜能科技完成數(shù)千萬 A輪融資，高瓴資本領(lǐng)投。

 

2021年10月，極電光能完成 Pre-A輪融資，由碧桂園創(chuàng)投、九智資本聯(lián)合領(lǐng)投，建銀國際、云林基金跟投，募集資金2.2億元，主要用于新技術(shù)研發(fā)和試制線建設(shè)。

 

但從產(chǎn)業(yè)化角度來看，鈣鈦礦晶硅疊層電池還有很長的路要走，可謂道阻且長，行則將至。