1.IBC電池概述及研究進(jìn)展

IBC(Interdigitated back contact指交叉背接觸)電池，是指電池正面無(wú)電極，正負(fù)兩極金屬柵線呈指狀交叉排列于電池背面。IBC電池最大的特點(diǎn)是PN結(jié)和金屬接觸都處于電池的背面，正面沒(méi)有金屬電極遮擋的影響因此具有更高的短路電流Jsc，同時(shí)背面可以容許較寬的金屬柵線來(lái)降低串聯(lián)電阻Rs從而提高填充因子FF;加上電池前表面場(chǎng)(Front Surface Field，F(xiàn)SF)以及良好鈍化作用帶來(lái)的開路電壓增益，使得這種正面無(wú)遮擋的電池不僅轉(zhuǎn)換效率高，而且看上去更美觀，同時(shí)，全背電極的組件更易于裝配。IBC電池是目前實(shí)現(xiàn)高效晶體硅電池的技術(shù)方向之一。

IBC電池的概念最早于1975年由Lammert和Schwartz提出，最初應(yīng)用于高聚光系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)近四十年的發(fā)展，IBC電池在一個(gè)太陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到25%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它所有的單結(jié)晶硅太陽(yáng)電池。表一中列出了近幾年IBC電池技術(shù)的研究進(jìn)展。美國(guó)的SunPower公司是產(chǎn)業(yè)化IBC電池技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，他們已經(jīng)研發(fā)了三代IBC電池，最新的MaxeonGen3電池應(yīng)用145um厚度的N型CZ硅片襯底，最高效率已達(dá)25%。

SunPower目前擁有年產(chǎn)能為100MW的第三代(Gen3)電池生產(chǎn)線，并且還有年產(chǎn)能350MW的生產(chǎn)線在建。2014年該線生產(chǎn)的電池平均效率已高達(dá)23.62%，其中Voc高達(dá)724mV，Jsc達(dá)40.16mA/cm2，F(xiàn)F達(dá)81.5%，電池的溫度系數(shù)低至-0.30%/℃，采用IBC電池的光伏組件效率超過(guò)21%。

在IBC結(jié)構(gòu)上，SunPower公司的研發(fā)遙遙領(lǐng)先，其它研究成果如德國(guó)FraunhoferISE的23%，ISFH的23.1%，IMEC的23.3%等等。最近，日本的研發(fā)人員將IBC與異質(zhì)結(jié)(HJ)技術(shù)相結(jié)合，在2014年將晶體硅電池的效率突破到25%以上。其中日本Sharp和Panasonic公司將IBC與HJ技術(shù)結(jié)合在一起，研發(fā)的晶硅多結(jié)電池效率分別達(dá)到25.1%和25.6%。

在中國(guó)，隨著光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，越來(lái)越多的光伏企業(yè)對(duì)IBC電池技術(shù)的研發(fā)進(jìn)行投入，如天合、晶澳、海潤(rùn)等。2013年，海潤(rùn)光伏報(bào)導(dǎo)了研發(fā)的IBC電池效率達(dá)到19.6%。2011年，天合光能與新加坡太陽(yáng)能研究所及澳大利亞國(guó)立大學(xué)建立合作研究開發(fā)低成本可產(chǎn)業(yè)化的IBC電池技術(shù)和工藝。

2012年，天合光能承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃“效率20%以上低成本晶體硅電池產(chǎn)業(yè)化成套關(guān)鍵技術(shù)研究及示范生產(chǎn)線”，展開了對(duì)IBC電池技術(shù)的系統(tǒng)研發(fā)。經(jīng)過(guò)科研人員的不懈努力，2014年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)(ANU)與常州天合光能有限公司合作研發(fā)的小面積IBC電池效率達(dá)24.4%，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)IBC結(jié)構(gòu)的電池效率的世界紀(jì)錄。

同年，由常州天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立研發(fā)的6英寸大面積IBC電池效率已達(dá)22.9%，成為了6英寸IBC電池的最高轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，天合光能依托國(guó)家863項(xiàng)目建成中試生產(chǎn)線，進(jìn)入2015年后，天合光能科研人員采用最新開發(fā)的工藝，在中試生產(chǎn)線做出了平均22.8%，最高23.15%(內(nèi)部測(cè)試)的結(jié)果，大部分電池效率在22%以上，如圖1所示，達(dá)到了目前工業(yè)級(jí)6英寸晶體硅電池效率的最高水平(SunPower電池均為5英寸)。

表一 IBC電池技術(shù)的研究進(jìn)展

圖1 天合光能最新產(chǎn)業(yè)化IBC電池效率分布圖

2.IBC電池結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)

IBC電池的常見結(jié)構(gòu)如圖2所示。在高壽命的N型硅片襯底的背面形成相間的P+和N+擴(kuò)散區(qū)，前表面制備金字塔狀絨面來(lái)增強(qiáng)光的吸收，同時(shí)在前表面形成前表面場(chǎng)(FSF)。前表面多采用SiNx的疊層鈍化減反膜，背面采用SiO2、AlOx、SiNx等鈍化層或疊層。最后在背面選擇性地形成P和N的金屬接觸。

圖2 IBC電池的結(jié)構(gòu)圖