电池技术争霸，看BSF、IBC、HJT、PERC、N-PERT、TOPCon介绍！附“ITRPV”大数据分析！-激光平台-线上自动报价-激光加工-公益-艺术

目前，晶硅电池仍是市场的主流，而要提高晶硅电池的转换效率，一般要通过两方面的改进来实现。第一是通过增加电池的光吸收方面，比如光陷阱结构，就是通过化学刻蚀或制绒等手段来增加电池的光吸收效率；第二是通过有效分离光生载流子，降低载流子复合来实现电池效率的提高，常用的手段为增加背场、增加钝化层、改善衬底材料等。本文将带大家了解BSF，IBC，HJT，N-PERT，PERC，TOPCon电池技术。

BSF（Back Surface Field）

铝背场电池BSF是在烧结过程中形成的，Al-Si的共晶温度为577℃，当温度高于该温度时，Al和Si互相扩散，形成合金，Si的扩散系数远大于Al，在降温时，部分Si又在Al中析出，形成Al-Si合金，合金层中形成了Al重掺杂，即p+层。

硅太阳能电池背电场铝浆主要由无机粘结相、金属导电铝粉、有机载体和改良剂等原料按一定的比列组成。

图Ⅰ.硅基太阳能电池结构图

硅太阳能电池生产中，背电极制作是非常重要的一道工序。背电极金属铝浆经由丝网印刷并经隧道炉快速热处理后，可以在太阳能电池硅片的背阳面形成铝背场（BSF）,提高开路电压。同时，烧结过程中形成的Al-Si合金可以消除硅片和电极之间的肖特基势垒，实现良好的欧姆接触，从而提高太阳能电池的转换效率。这种工艺剔除了传统工艺中形成p+区需要的昂贵的微加工过程，是太阳能电池的大规模生产成为可能。

硅太阳能电池一般分为六层，包含顶部金属化布线、抗反射层、n+型扩散层、p-型扩散层、p+型扩散层以及背部金属层。背电极所用的金属铝浆决定了p+型扩散层和背部金属层的形成，从而对整个电池的工作性能产生较大影响。另外，与正面所用金属银浆不同，背面金属铝浆要覆盖背面阳面硅片的绝大部分表面，因此，背面铝电极也很容易引起硅片发生弯曲变形等问题。

IBC(Interdigitated Back Contact)

IBC电池即全背电极接触晶硅光伏电池，选用N型衬底材料。IBC电池的优势在于正负极的金属接触均在电池片的背面，使得电池表面完全看不到传统光伏电池在正面的金属栅线，不但增大了电池的有效接触面积，大大增加了电池的转换效率，而且没有栅线的电池正面在外观上也更加美观。

IBC电池的概念最早是由Lammert和Schwartz在1975年提出。经过几十年的发展，IBC电池在一个太阳标准测试条件下的转换效率已达到25%，远超晶硅太阳电池。日本Panasonic公司在2014年将IBC技术与HIT技术结合，研发出的HIT-IBC太阳能电池最高效率达25.6%，打破晶体硅电池转换效率的世界纪录。

图Ⅱ.Sunpower第三代IBC太阳能电池结构图

美国SUNPOWER是最早实现IBC电池量产的公司，其实验室最高转换效率达25%，量产平均效率达23%。国内天合、晶澳、海润等企业对IBC电池技术的研发进行了投入，其中天合光能连续打破世界纪录，将大面积IBC电池最高转换效率刷新为24.13%。另外，天合与澳大利亚国立大学(ANU)共同研发的小面积IBC电池效率达24.37%。

因为IBC电池制造工艺复杂、使用的材料成本较高，使得其目前在国内还没有大规模生产。但IBC电池转换效率高、发电能力出众，使得其具备很好的发展空间，未来将有可能成为引领行业发展的新技术。

HJT(Heterojunction)

HIT(Heterojunction with intrinsic Thinlayer)电池与传统电池最大的区别就是非晶硅与晶体硅构成的异质结结构。通过设计异质结界面的势垒高度获得合适的能带结构,以提高电池的转换效率。以三洋公司HIT电池为例,在(p)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si的异质结结构中,非晶硅与单晶硅界面价带位错要小,以便收集空穴,同时导带的位错要尽可能大,以阻止电子的通过。异质结势垒高度的设计主要是通过控制非晶硅薄膜的沉积参数来实现的。

HIT太阳能电池起源于 Hamakawa 等设计的 a-Si/c-Si 堆叠太阳能电池,与单晶、非晶硅太阳能电池相比,其具有低温工艺,高的稳定性等优点，HIT太阳能电池的电池效率记录由日本的松下公司(原本是三洋公司，但是三洋公司被松下公司收购)保持，松下公司 2013 年在面积 101.8 cm2，98 厚的N型 CZ 硅上制成了24.7%的HIT电池

图Ⅲ.松下公司HIT太阳能电池结构图

松下公司的HIT电池结构如图所示，一层本征非晶硅和 P 型非晶硅淀积在随机制绒的 N 型 Cz 硅上，形成一个 PN 异质结，本征非晶硅和 N 型非晶硅淀积在另外一面形成一个背表面场结构，接着两面同时镀上非晶硅、透明导电氧化层和电极，就形成了 HIT 太阳能电池。HIT 电池有很多优势：将本征非晶硅层插入 P 型(或者 N 型)非晶硅和晶体硅的工艺能够形成优秀的钝化；200 ℃以下的低温工艺能够最大程度上保证晶体硅质量不衰减；与热扩散电池相比,HIT电池有更好的温度系数和开路电压。

N-PERT(N-Passivated Emitter Rear Totally-diffused cell)

PERT是钝化发射极背表面全扩散电池，是一种典型的双面电池。双面太阳能电池是指硅片的正面和反面都可以接受光照并能产生发光电压和电流的太阳能电池。其结构特点是背表面扩散全覆盖以降低电池的背面接触电阻和复合速率。背面全背场扩散可以通过不同的工艺方式实现，主要包括管式扩散，外延生长法，离子注入法等。

N-PERT采用N型Si作衬底，具有少子寿命高、无光致衰减等优点。

图Ⅳ.英利公司N-PERT双面太阳能电池结构图

英利公司PANDA电池是采用双面受光型PERT结构的大面积电池（239cm2），并且已实现量产，最高转化效率为20.76%（Voc=650.3mV，Jsc=39.6mA/cm2，FF=80.63%）。其在普通化学制绒的N型Si片上，通过硼磷管式共扩散制备正面P型发射结和N型背面，然后通过PECVD技术在前后表面制备钝化层和减反膜，正反面电极使用常规丝网印刷工艺完成。

PANDA电池双面发电的设计，能够同时接受从正面和背面进入电池的光线从而实现双面发电的功能；正面采用细密栅线的设计，减少了遮光面积，提高了电池的短路电流。与规模化生产的IBC、HIT等N型电池相比，其结构简单、制备成本低、工艺流程短，与现有的P型生产线相兼容，容易实现大规模量产。

PERC (Passivated Emitter and Rear Cell)

PERC，即钝化发射极和背面电池技术，最早1983年由澳大利亚科学家Martin Green提出，目前正在成为太阳电池新一代的常规技术。PERC近年来效率记录不断被刷新，将成为未来三年内最具性价比的技术。

图Ⅴ.单面PERC太阳能电池结构图

PERC技术通过在电池的后侧上添加一个电介质钝化层来提高转换效率。标准电池结构中更好的效率水平受限于光生电子重组的趋势。PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度，这使得电子更稳定的流动，减少电子重组，以及更高的效率水平。

PERC技术的优势还体现在与其他高效电池和组件技术兼容，持续提升效率和发电能力的潜力。通过与多主栅、选择性发射极和TOPCon等技术的叠加，PERC电池效率可以进一步提升;组合金刚线切割和黑硅技术，可以提高多晶电池性价比。而双面PERC电池在几乎不增加成本的情况下实现双面发电，在系统端实现10%-25%的发电增益，极大地增强了PERC技术的竞争力与未来发展潜力。

PERC 电池的生产流程包括：沉积背面钝化层，然后开口以形成背面接触。这是比常规光伏电池生产流程多出来的两个重要步骤。此外，基于化学湿台的边缘隔离步骤需要针对背部抛光稍做调整。也就是说，硅片背部绒面金字塔型结构需要被溶蚀掉。抛光的程度基于选用技术的不同而异。因此，钝化膜沉积设备和膜开口设备(既可以使用激光也可以运用化学蚀刻)都需要在传统的电池生产线上额外增加加工设备。对于较少应用的激光边缘隔绝处理工艺生产线，需要增加一个化学湿式工作台进行背面抛光。

TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）

TOPCon电池概念是由Fraunhofer ISE在2013年第28届EU PVSEC上首次提出。其使用一层超薄的氧化层与掺杂的薄膜硅钝化电池的背面。其中背面氧化层厚度1.4nm，采用湿法化学生长。随后在氧化层之上，沉积20nm掺磷的非晶硅，之后经过退火重结晶并加强钝化效果。经过多年耕耘，Fraunhofer ISE在2017年将采用TOPCon技术的电池效率已提升至25.7%。

TOPCon技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。

图Ⅵ.TOPCon太阳能电池结构图

可见，TopCon结构无须背面开孔和对准，也无须额外增加局部掺杂工艺，极大地简化了电池生产工艺。相较于N-PERT电池，TOPCon技术只需要增加薄膜沉积设备，能很好地与目前量产工艺兼容，便于产线升级。同时掺杂多晶硅层良好的钝化特性以及背面金属全接触结构具有进一步提升转换效率的空间，可以使N型电池量产效率超过23%，现已成为下一代产业化N型高效电池的切入点。

PS：2018年ITRPV对太阳能电池市场份额占比和光伏系统成本要素大数据分析