BC電池工藝全梳理——可與多種技術(shù)（TOPCon，HJT)結(jié)合（TBC,HBC）

1、BC不是一種全新的電池技術(shù)。BackContact，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(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是TOPCon和HJT的進(jìn)一步差異化競(jìng)爭(zhēng)。

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(zhǎng)，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(shì)；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(shì)，長(zhǎng)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(chǎng)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(guó)金證券研究所

圖：叉指電極

來源：DSNewEnergy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(cè)試網(wǎng)

工藝

表：各BC技術(shù)工藝流程

來源：全球光伏

HPBC電池工藝流程

兩種P-IBC電池結(jié)構(gòu)

工藝流程①：刻蝕掩膜 ? ?

工藝流程②：全激光

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(chǎng)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(jī)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(chǎng)，在雙面性能表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)之前，暫不會(huì)參與雙面市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

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(guó)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(jiǎn)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)嗪螅B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)嗖僮鳎档蜕a(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：《Directcontactplating-InlineplatingsolutionforZEBRAIBCbylocalcontacting》

HPBC電池技術(shù)

受制于光伏電池的快速發(fā)展，行業(yè)中迫切需求高效率、高發(fā)電性能的產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)光伏電站的投資收益預(yù)期，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，最終實(shí)現(xiàn)30·60碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)。

為此隆基研發(fā)部門經(jīng)過近2年的研究，開發(fā)了全新的HPBC電池技術(shù)，該電池技術(shù)結(jié)合了行業(yè)中兩種先進(jìn)的電池技術(shù)TOPCon和IBC技術(shù)，首先電池通過氧化硅和重?fù)诫s的多晶硅層實(shí)現(xiàn)了電池表面高質(zhì)量的鈍化和電流傳輸，減少了光照產(chǎn)生的載流子的復(fù)合，提升了組件的效率和電壓，另外通過結(jié)合IBC的電池工藝，將電池所有負(fù)責(zé)收集傳輸載流子的金屬柵線全部移到組件背面，用于接收光線的電池正面完全沒有柵線遮擋，使得入射到電池的光線被充分吸收，提升了電池的光線利用率，從而使得HPBC電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到大幅的提升，達(dá)25%。

圖1HPBC電池結(jié)構(gòu)圖

圖2HPBC電池與PERC電池外觀對(duì)比

HPBC組件

隆基基于分布式和地面電站不用的應(yīng)用場(chǎng)景，推出了基于主流M10（182mm）硅片（2022年上半年M10組件出貨占比達(dá)55%左右）的兩個(gè)版型的HPBC組件：54型和72型，其中54型和72型單面組件應(yīng)用于分布式市場(chǎng)，72型單、雙面組件面向集中式光伏電站。并且兩個(gè)版型的組件尺寸均采用行業(yè)中M10標(biāo)準(zhǔn)化的組件尺寸，72型組件尺寸為2278*1134mm，54型組件尺寸為1722*1134mm，組件尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)組件設(shè)備和供應(yīng)物料標(biāo)準(zhǔn)化，以及在電站端支架等配套設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于降低非標(biāo)準(zhǔn)化帶來的成本上升。

圖3HPBC組件設(shè)計(jì)、版型及應(yīng)用場(chǎng)景

表1為隆基HPBC組件在2022年底產(chǎn)出的組件功率、效率等信息，可以看到，72型單面組件年底量產(chǎn)功率可實(shí)現(xiàn)575W，組件效率達(dá)22.3%，相比目前M10PERC組件當(dāng)前主流功率550W有25W的功率提升，組件效率提升1%的絕對(duì)值。

對(duì)于光伏組件發(fā)電性能會(huì)隨著組件工作溫度的升高下降的現(xiàn)象，也可以通過選用隆基HPBC組件得到有效改善。得益于HPBC電池的高轉(zhuǎn)換效率和高的開路電壓，隆基新品HPBC組件具備更優(yōu)的功率溫度系數(shù)-0.29%/℃，相比PERC的-0.34%/℃有大幅提升，以組件工作溫度為65℃為例，隆基HPBC組件較PERC的發(fā)電增益達(dá)2%。

圖4HPBC組件功率路線圖

并且由于HPBC電池柵線均在背面，組件內(nèi)電池片間連接均通過背面實(shí)現(xiàn)，避免了常規(guī)PERC組件中電池正/背面柵線互聯(lián)的現(xiàn)象，基于全背面的高可靠互聯(lián)技術(shù)，隆基HPBC組件的功率質(zhì)保全面升級(jí)，其首年衰減僅1.5%，線性衰減僅0.4%/年，相比PERC組件首年2%、線性0.45%有大幅提升，僅功率質(zhì)保的提升，HPBC組件相比PERC組件在25年全生命周期的發(fā)電量增益可達(dá)2%以上。

圖5HPBC組件功率路線圖

基于未來HPBC電池效率的持續(xù)提升，未來隆基HPBC組件功率將會(huì)以每年5W穩(wěn)步提升，到2024年下半年72型單面、雙面組件功率分別可達(dá)585W和580W。

圖6HPBC組件功率路線圖

目前隆基HPBC組件已通過各項(xiàng)IEC認(rèn)證及加嚴(yán)測(cè)試，在TC600（溫度循環(huán)測(cè)試）、DH2000（濕熱2000小時(shí)）、PID及在綜合測(cè)試序列中隆基HPBC組件均呈現(xiàn)了極低的功率衰減。

圖7HPBC組件功可靠性測(cè)試

HPBC組件價(jià)值

基于上述HPBC組件的上述特性，HPBC組件的應(yīng)用可以降低客戶系統(tǒng)投資成本、運(yùn)維成本，降低光伏發(fā)電LCOE成本，提升客戶的收益率：

①得益與HPBC組件的高效率，可以帶來電站系統(tǒng)成本的降低，以PERC550W和HPBC575W組件電站建設(shè)成本對(duì)比為例，隆基HPBC組件可以帶來4.7分/W的光伏場(chǎng)區(qū)成本降低，其中主要的成本下降包括組件支架、基礎(chǔ)、線纜、土地、安裝等。

IBC電池?zé)o非就是把PN結(jié)放到了背面，不能脫離開半導(dǎo)體的基本的物理規(guī)律，所以TopCon IBC的理論效率，跟現(xiàn)在的TopCon的理論效率是一致的。異質(zhì)結(jié)IBC的效率跟現(xiàn)在的異質(zhì)結(jié)也是一致的。28.7，28.8這樣的一個(gè)范疇。

IBC電池是1977年美國(guó)斯坦福大學(xué)的幾個(gè)教授他們發(fā)明的，然后進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化；2014年日本的Sharp 公司提出PN結(jié)全部換成HJT，形成了 HBC這樣的突破，2016年日本的Kaneka在這個(gè)基礎(chǔ)上的話，做出了一個(gè)26.33的大面積的這樣的一個(gè)效率，后來日本人在Kaneka的基礎(chǔ)上的話，又花了一年的時(shí)間，獲得26.7的這樣的效率。

無論是常規(guī)的IBC還是到異質(zhì)結(jié)的IBC，效率的話得到了一個(gè)大幅度的提升，由原來的25.2得到了26.7的效率，但是的話就是萬變不離其宗。異質(zhì)結(jié)IBC它也是第一個(gè)對(duì)工藝的要求極高，這個(gè)的話也是一個(gè)半導(dǎo)體級(jí)別的，而且是不會(huì)低的。第二個(gè)的話就是圖形化技術(shù)是最大的障礙，做下來的話，至少有3道到4道圖形化的技術(shù)，圖形化的技術(shù)的話要用到光刻的技術(shù)，光刻的技術(shù)的話也可以用到其各種各樣的曝光。第三個(gè)的話就是電池的良率比較低，無論是tbc還是HBC，特別依賴于濕法。另外一個(gè)就是表面的色差是比較明顯的，所以說電池的良率會(huì)比較低。第四個(gè)的話設(shè)備投資昂貴，異質(zhì)結(jié)電池本身就貴，你在異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上疊加了IBC不就更貴了嗎？或者是TopCon電池的生產(chǎn)線都比perc要貴，你在這個(gè)上面疊加了IBC，它也不更貴嗎？所以設(shè)備投資是昂貴的。
還有一個(gè)輔材的昂貴，因?yàn)樗玫搅藞D形化，用到了圖形化的膜，包括干膜濕膜，還要用到了各種各樣的添加劑，所以說的話它的輔材比較昂貴。
所以說N型IBC和HBC電池的大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，成本是最大的因素，成本因素只有上市的輔材設(shè)備投資良率等等所造成的，它是一個(gè)綜合性的這樣概念。

XBC電池反饋

1、BC（backcontact）意值背接觸電池，將正面的金屬柵線放到電池背面減少陽光遮擋而提高轉(zhuǎn)換效率。BC電池在70年代就提出，其優(yōu)勢(shì)是轉(zhuǎn)化效率高，短路電流大、填充因子高，并且比較美觀，但缺點(diǎn)是制造流程太復(fù)雜、成本比較高。

2、BC類電池包括IBC、TBC、HBC、HPBC等，經(jīng)典的IBC電池已經(jīng)有上量的公司，美國(guó)SunPower是先行者，有長(zhǎng)期的技術(shù)和較全面的專利儲(chǔ)備，其Maxeon品牌產(chǎn)能已有幾個(gè)GW，由于美國(guó)關(guān)稅保護(hù)，其在美國(guó)市占率比較高，近幾年排產(chǎn)期一直長(zhǎng)達(dá)1-2年。

3、BC與TOPCon與HJT不是排他性的，BC大家庭的另外幾個(gè)分支，如TOPCon與IBC結(jié)合的TBC路線，HJT與IBC結(jié)合的HBC，目前TBC與HBC基本都是N型產(chǎn)品；隆基HPBC是P型產(chǎn)品。TBC、HBC的轉(zhuǎn)化效率要高于IBC，業(yè)內(nèi)反饋，頭部的TOPCon公司，已在儲(chǔ)備TBC產(chǎn)品，中試的182-72片TBC組件功率可能達(dá)600-610多W。

4、BC電池很可能是未來方向之一，由于效率高、美觀但成本高，如果未來成本下降，在屋頂市場(chǎng)是很好的方案。除了隆基2021開始產(chǎn)業(yè)化的HPBC產(chǎn)品，據(jù)了解，中國(guó)公司針對(duì)屋頂方案的TBC產(chǎn)品，一年后可能就會(huì)批量走向海外市場(chǎng)。

5、BC電池制成流程很復(fù)雜，成本高，未來還需要解決系列問題，包括制備流程長(zhǎng)，成本與一致性問題，需要減少表面復(fù)合，硅片勺子壽命要求更高等。關(guān)于導(dǎo)電漿料問題，之前行業(yè)交流反饋，電鍍距離應(yīng)用還比較遠(yuǎn)，部分現(xiàn)行方案的銀耗比PERC要高幾倍。

XBC各大公司去做主要是實(shí)現(xiàn)差異化的競(jìng)爭(zhēng)。但是從目前的這樣的一個(gè)實(shí)際情況來看，分布式高端市場(chǎng)海外市場(chǎng)還是有些優(yōu)勢(shì)，但是國(guó)內(nèi)的整體優(yōu)勢(shì)的話并不突出的。第二個(gè)是XBC的銷售規(guī)模有限，單憑某一家公司很難實(shí)現(xiàn)跨規(guī)模的放量生產(chǎn)，這個(gè)里面包括成本良率和效率。就是發(fā)現(xiàn)光伏技術(shù)有這么一個(gè)特點(diǎn)，如果這個(gè)技術(shù)只有一家去做，太危險(xiǎn)了。

現(xiàn)在圖形化的技術(shù)，圖形化的設(shè)備，圖形化的材料的話，相對(duì)來說成本比較高。如果光憑幾家公司上幾個(gè)GW或者是幾十個(gè)GW現(xiàn)在都不是一回事兒。第三個(gè)從性價(jià)比和規(guī)模的角度來說，從科學(xué)的數(shù)據(jù)來看，未來還是TopCon和異質(zhì)結(jié)的天下。如果XBC的效率的檔次和TopCon的效率檔次拉不開的話，這個(gè)XBC的空間是有限的。

如果異質(zhì)結(jié)能做到25.3%，你XBC要做到多少呢？你得往26.3%以上或者26%以上，不往上這個(gè)數(shù)據(jù)上做的話，它的成本是非常高的。這種電池主要是為了實(shí)現(xiàn)差異化的機(jī)制，因?yàn)槟悻F(xiàn)在可選擇的東西非常少，要么就鈣鈦礦，知道鈣鈦礦就是忽悠，騙子，從我們的角度。資本界怎么看不管，這個(gè)就把它排除在外了。剩下的perc是過時(shí)了的。現(xiàn)在只有TopCon和異質(zhì)結(jié)，剩下一個(gè)XBC還有鈣鈦礦疊層。但是鈣鈦礦疊層還屬于基礎(chǔ)研究，成本更高，所以說現(xiàn)在能拿得出手的也就是這三個(gè)。

審核編輯：湯梓紅