中国能源资讯网随着PERC技术的成熟与不断挖潜，逐步逼近其转换效率的理论极限，业界开始寻求下一代技术，目前推进中的主流技术有TOPCon（Tunnel oxide passivated contact,隧穿氧化层钝化接触）、HJT（Heterojunction with Intrinsic Thinfilm，异质结）和IBC（Interdigitated back contact，交叉背接触）等。
一、多种技术争奇斗艳，IBC有望成为新的平台型技术
硅基光伏电池历经三代变化，新的技术不断涌现推动光伏发电的性价比不断上升。光伏电池早期以BSF为主要技术路线，该电池技术于1973年提出，其特点是采用铝背场钝化技术，理论转换效率上限约为20%；随着光伏产业对于发电效率的不懈追求以及PERC技术的成熟，成本不断下降，光伏电池转向以PERC技术为主，该技术于1982年提出，其特点是采用氧化铝局部钝化技术，相较于BSF电池技术，PERC技术钝化效果更优，将电池的极限效率提升至23%左右。
TOPCon和HJT一般为采用了钝化接触技术的N型电池（也有技术采用P型硅片），不同点在于HJT是异质结类型的电池，是具有颠覆性的技术，对新进入厂商相对有利，TOPCon仍然是同质结电池，对存量的产线和技术积累较为友好，对行业内现有玩家较为有利。
IBC的提效降本则是另外一种思路，与TOPCon、HJT采用新的钝化接触结构来提高钝化效果从而提高转换效率的思路不同，IBC则是将电池正面的电极栅线全部转移到电池背面，通过减少栅线对阳光的遮挡来提高转换效率，主要通过结构的改变来提高转换效率，是一种较为纯粹的单面电池，这种结构可以与PERC、TOPCon、HJT、钙钛矿等多种技术叠加，因此有望成为新一代的平台型技术，与TOPCon技术的叠加被称为“TBC”电池，而与HJT技术的叠加则被称为“HBC”电池。
IBC电池技术是指一种背结背接触的太阳电池结构，其正负金属电极呈叉指状方式排列在电池背光面。由于对少子寿命的要求较高，IBC电池一般以N型硅片作为基底，前表面为N+前场区FSF，利用场钝化效应降低表面少子浓度，从而降低表面复合速率，同时还可以降低串联电阻，提升电子传输能力；背表面为采用扩散方式形成的叉指状排列的P+发射极和N++背场BSF，发射极能够与N型硅基底形成p-n结，有效分流载流子，n+背表面场区能够与n型硅形成高低结，增强载流子的分离能力，是IBC电池的核心技术；前后表面均采用SiO2/SiNx叠层膜作为钝化膜，抑制IBC太阳电池背表面的载流子复合；前表面常上减射层，提高发电效率；金属接触部分全都在背面的正负电极接触区域，也呈叉指状排列。
BC技术由SunPower提出，SunPower已成立36年，累计出货35亿片IBC电池片，拥有1000多个晶硅电池专利。1975年，Schwartz和Lammert首提背接触式光伏电池概念；1984年，斯坦福教授Swanson研发了IBC类似的点接触（Point Contact Cell，PCC）太阳电池，在聚光系统下转换效率19.7％；1985年Swanson教授创立SunPower，研发IBC电池；1993年，SunPower全背接触电池帮助本田赢得澳洲太阳能汽车挑战赛冠军；2004年，SunPower菲律宾工厂（25MW产能）规模量产第一代IBC电池，转换效率最高21.5%，组件价格5-6美金/瓦。
虽然距离SunPower推出第一代IBC电池已经相当时间，但是初代电池奠定了该种电池技术路线基本的电池结构和工艺框架：
（1）前表面无栅线遮挡。电池前表面采用陷光绒面，且无栅线遮挡，避免了金属电极遮光损失，最大化吸收入射光子，实现良好的短路电流；
（2）背面为P区和N区的叉指状间隔排列。电池背面制备呈叉指状间隔排列的p+区和n+区，以及在其上面分别形成金属化接触和栅线，由于消除了前表面发射极，前表面复合损失减少；
（3）一般采用较高质量的N型硅片。由于前表面远离背面p-n结，为了抑制前表面复合，需要更好的前表面钝化方案，同时需要具有长扩散长度的高质量硅片（如N型硅片），以降低少数载流子在到达背结之前的复合；
（4）与钝化接触技术相结合来提高电池性能。采用钝化接触或减少接触面积，大幅减少背面p+区和n+区与金属电极的接触复合损失；
（5）增加前表面场FSF。利用前表面场FSF的场钝化效应降低表面少子浓度，降低表面复合速率的同时还可以降低串联电阻，提升电子传输能力。
从SunPower官网披露的最新信息来看，其最新一代IBC电池已吸收了TOPCon电池钝化接触的技术优点，加入了隧穿氧化层（Tunnel Oxide）与多晶硅（N/P-Poly Silicon）的复合结构，并保留了铜电极工艺；从电池结构来看，量产工艺已经简化，成本在可接受范围，平均的转换效率可以达到25%，第七代电池有望将平均转换效率提高到26%的水平。
IBC独有的结构也使其具有独特的优势：
（1）外形美观。IBC电池发射区和基区的电极均处于背面，正面完全无栅线遮挡，尤其适用于光伏建筑一体化（BIPV）的应用场景以及对价格敏感度较低的家用场景，商业化前景较好。
（2）具有高转换效率的单面结构。IBC电池正面无遮挡结构消除了栅线遮挡造成的损失，实现了入射光子的最大化利用，较常规太阳能电池短路电流可提高7%左右，正负电极都在电池背面，不必考虑栅线遮挡问题，可适当加宽栅线比例，从而降低串联电阻，提高FF；由于正面无需考虑栅线遮光、金属接触等因素，可对表面钝化及表面陷光结构进行最优化设计，得到较低的前表面复合速率和表面射，从而提高Voc和Jsc；短路电流、FF、Voc的提高使得正面无遮挡的IBC电池拥有了高转换效率；但是栅线都在背面的独特结构牺牲了电池的双面性，无法吸收经过地面射的阳光，因此适用于光伏建筑一体化等无法利用背面发射光的应用场景。
由于IBC电池结构具有良好的兼容性，逐渐形成了三大工艺路线：
（1）以SunPower为代表的经典IBC电池工艺；
（2）以ISFH为代表的POLO-IBC（TBC）电池工艺；
（3）以Kaneka为代表的HBC电池工艺（IBC-SHJ）。根据2017年Kaneka实验结果，目前IBC-SHJ（HJT）电池的转换效率最高可达到26.7%，高于TOPCon和HJT电池的实验效率。
将钝化接触技术与IBC相结合，研发出TBC（Tunneling oxide passivated contact Back Contact）太阳电池，也就是上文所称的POLO-IBC；将非晶硅钝化技术与IBC相结合，开发出HBC太阳电池，二者均是通过应用载流子选择钝化接触可以抑制少数载流子在界面处的复合速度，进一步降低IBC电池的整体复合，从而有效提高IBC太阳电池表面钝化效果。TBC电池主要是通过对IBC电池的背面进行优化设计，即用P+和N+的POLY-Si作为发射极和BSF，并在POLY-Si与层之间沉积一层隧穿氧化层SiO2，使其具有更低的复合，更好的接触，更高的转化效率。
2018年，ISFH采用区熔法（FZ）制备的P型硅片将POLO技术应用于IBC电池，在4cm2的电池面积上获得了26.1%的POLO-IBC太阳电池光电转换效率，但该结构制备流程相对复，使用了多次光刻和自对准的工艺；为了简化工艺，ISFH公司在P型PERC电池的技术上叠加多晶硅沉积，在常规CZ法获得的P型单晶硅片上制备POLO-IBC电池，利用原位制备多晶硅层，采用丝网印刷和共烧结形成金属接触，获得21.8%的转换效率，该技术路径与现有产线兼容度较高，但转换效率较低。在N型硅片基底上，2019年天合光能采用LPCVD（低压化学气相沉积）法对IBC电池的BSF进行多晶硅隧穿氧化，只通过调节湿法工艺使其与原始IBC电池工艺相兼容，在6英寸硅片上将转换效率由24.1%提高到25%。
与传统IBC电池不同的是，HBC电池结构背面的Emitter和BSF区域为p+非晶硅和n+非晶硅层，在异质结接触区域插入一层本非晶硅钝化层。HBC电池结构能够获得较高转换效率的原因在于：
（1）高Voc。HBC电池采用化非晶硅（a-Si:H）作为双面钝化层，在背面形成局部a-Si/c-Si异质结结构，基于高质量的非晶硅钝化，获得高Voc。充分吸收了HJT电池非晶硅钝化技术的优点。
（2）高Jsc。HBC电池采用了IBC电池结构，前表面无遮光损失和减少了电阻损失，从而拥有较高的Jsc，充分结合了HJT电池技术与IBC电池结构的优点。
HBC电池主要是由Kaneka在推动，已取得较好的研发进展，2017年日本化学公司和太阳能电池制造商Kaneka通过背接触异质结技术实现的的最高效率26.63%，国内则主要是爱旭股份在推动N型ABC电池技术。
IBC目前大规模产业化面临的问题是工序多、量产难度大导致成本高。根据普乐新能源的披露，IBC电池技术的生产成本和产线投入仍然不占优势，非硅成本的差异主要来源于良率、银浆成本和折旧成本，成熟的PERC电池在现阶段还具有较为明显的性价比。随着TOPCon技术以及HJT技术的不断进步和成熟，与其相结合的TBC、HBC电池有望受益。
二、IBC电池的制备：与现有产线兼容度较高，激光设备或为主要增量
IBC主要是一种电机结构的改变，涉及到的内部结构的改变较少，因此对PERC、TOPCon、HJT等各种电池制备技术的兼容度较好，包括非晶硅膜的制备（PECVD、Cat-CVD）、TCO膜的制备（PECVD、RPD）、POLY层的制备（PECVD、LPCVD、ICP）、钝化层的制备（PECVD、ALD）等；IBC电池的变化主要体现在电池的背面，一般有p++（发射极，收集空穴载流子）和n++（背表面场，捕获电子）两个重区，两个区的中间一般还有一个间隙（gap），由于中等区域中电子的迁移率是空穴的3倍，因此IBC电池一般采用较大面积的发射极。
（一）经典IBC电池的工艺流程
IBC的电池制备工序主要分为表面制绒、表面钝化、以及背电极的制备等过程，与传统的PERC等电池工艺路线相比，工艺的改变以及增量工艺主要体现在背电极的构型，而背电极的构型则可利用丝网印刷、光刻法、喷墨打印等技术获得。
（1）丝网印刷技术
丝网印刷技术现在已经非常成熟，广泛地应用于太阳能电池电极的制备过程中，国产厂商在该方面也已经较为领先，产生了迈为股份这种在丝网印刷领域市占率领先、技术领先的优秀厂商。2010年，Bock等使用丝网印刷并结合激光刻蚀的方法对IBC太阳电池的背面进行了，丝网印刷技术用来在电池背面制备Al-p+发射极，通过丝网印刷技术取代高温扩散，避免了高温扩散对晶体硅的破坏，应用了激光刻蚀技术简化生产步骤，使用PECVD技术进行钝化降低了工艺温度。丝网印刷技术工艺成熟，成本低廉，但由于IBC电池背部图形的特点，需经过多次丝网印刷和精确的对准工艺，从而增加了工艺难度和成本。
（2）激光刻蚀技术
激光刻蚀是利用激光束对硅片表面或者其表面的涂层进行刻蚀，可以避免传统的掩膜工艺，简化生产步骤，而且激光技术可以和其他技术结合用于电极制备和局部等过程。德国ISFH提出的RISE工艺（rear interdigitated contact scheme,metalized by a single evaporation）即使用到了刻蚀技术。首先用PECVD在硅片上沉积一层SiNx作为保护层，再使用激光在硅片上刻蚀出沟槽，之后对其进行。经过前表面的单面制绒后，在背面加上一层有机保护层，再使用激光刻蚀与化学刻蚀形成条形接触开孔并移去有机保护层，之后通过PECVD在正面沉积一层SiNx钝化层，最后通过单面蒸发金属铝，形成背电极。对于正负电极在凹槽侧壁上的分离，ISFH采用了自对准分离法，即在形成金属电极之前经过一个退火过程在沟槽的侧壁上生成一层多孔氧化层，形成铝电极后在电极上再覆盖一层很的SiOx，然后使用湿化学腐蚀就可分离侧壁上的金属电极。RISE工艺的优点在于，激光刻蚀定位较为准确，减少了工艺步骤，对降低生产成本有较为积极的作用。
（3）离子注入技术
IBC硅太阳电池的制备过程中，对硅表面进行是一个重要的流程，区域的浓度、深度及均匀性等都会直接影响到硅太阳电池的性能。传统的高温方式是热化学应和热扩散运动的结合，使用高温扩散比较容易获得高浓度、深结深的区域，但是其效果受化学结合力、扩散系数和材料固溶度等因素的限制，长时间的高温过程不但会对硅片晶格结构造成损伤，还会造成离子的侧向扩散，使相邻区域相互渗；除了传统的高温方式，还可以使用PECVD先在晶体硅表面形成一层磷硅玻璃（PSG）作为磷源，再通过高温扩散实现。
离子注入是另外一种的方式，真空中一束离子束射向一块固体材料，受到固体材料的抵抗而速度慢慢降低，并最终停留在固体材料中。离子注入可以克服传统高温的缺点，又可以进行精准、高纯度的，同时还能减少太阳能电池的工艺步骤，而且所得到的区域界面平整，减少侧向扩散；但是离子注入过程中，高能粒子会对硅材料造成一定程度的损伤，可以通过高温退火的方法消除，而且高温退火还能在硅片两面形成一层SiO2层，起到钝化的效果，而且不会产生PSG或BSG层。离子注入具有控制精度高、扩散均匀性好等特点，但是设备较为昂贵，且易造成晶格损伤，2017年Y.S.Kim等应用离子注入进行硼和磷，制备的IBC获得了22.9%的转化效率。
（二）HBC电池的工艺流程
HBC电池集齐了IBC与HJT的优势，但同时也面临二者各自的生产工艺问题。HBC制备工艺流程相较于HJT增加了掩膜、激光开槽、刻蚀步骤以完成背面PN区的制备，制程有所增长；与HJT相同的是，本和非晶硅膜工艺窗口窄，对工艺清洁度要求极高；同时由于IBC的特殊结构，正负电极都处于背面，电极印刷和电极隔离工艺对设备精度要求高；在金属化环节，低温银浆导电性弱，需要跟TCO配合良好，壁垒高供给少；对于组件端，低温电池制程需要客户端的低温组件封装工艺配合。因此目前HBC整体设备昂贵，工序长，投资成本高。HBC太阳电池不仅需要解决HJT技术存在的TCO靶材和低温银浆成本高等问题，还需要解决IBC技术严格的电极隔离、制程复及工艺窗口窄等问题。因此，尽管HBC太阳电池光电转换效率优势明显，但其至今实现产业化，在HJT电池技术还完全成熟的大背景下，HBC的成熟预计还将有一定的过程。
与经典IBC电池相同，HBC的关键工艺为制备背面P区（硼非晶硅）和N区（磷非晶硅），其核心在于“掩模-开槽-沉积-刻蚀”等工艺。根据2017年日本Kaneka的方案，其制备HBC电池涉及8个工序，5个不同设备，制程复而昂贵。目前产业内针对该工艺流程核心的降本方向是简化非晶硅膜的工序、降低关键设备PECVD的设备成本、采用更低成本的非晶硅沉积设备。
和HJT电池类似，在非晶硅膜沉积设备方面，主要有板式PECVD、HWCVD和LPCVD设备；制备TCO明导电膜，采用PVD或RPD设备，设备方面以及各种工艺路线的比较和HJT基本一致，本文不再赘述。跟HJT电池工艺一样，经典HBC电池整段工艺都是在200℃左右制备，因此金属化工艺需要使用低温浆料，但是由于HBC电池只需单面印刷银浆，银浆成本始终会低于HJT，HBC来或许会成为HJT技术降低银浆成本一个很重要的手段。
（三）TBC电池的工艺流程
同样的，TBC（或称POLO-IBC）电池集齐了IBC与TOPCon的优势，但同时也面临二者各自的生产工艺问题。相较于TOPCon，TBC所增加的工艺也主要是背面电极的相关工艺，包括掩膜、激光开槽、刻蚀以及PN区的制备；与TOPCon类似，TBC也面临着良率、成本、技术路线不确定等问题，好在进入22年之后，多家厂商加快了TOPCon投产的脚步，将有效推动TOPCon技术的进步。
（四）IBC、TBC、HBC的比较与总结
IBC、TBC、HBC三种电池工艺各有特点，各自继承了一定的优点和缺点，共同点在于背面电极的处理，属于增量工艺与设备，激光是其中较为重要的部分。经典IBC电池工艺特点：
（1）用掩模和炉管扩散制备背面PN区；
（2）P区N区隔离，分别跟金属电极接触；
（3）单面丝网印刷，无主栅或多主栅；
（4）兼容部分PERC工序；
（5）高温制程，设备及工艺成熟、成本低。
TBC电池工艺特点：
（1）掩模和炉管扩散制备背面PN区，或掩模和CVD原位制备背面PN区；
（2）PN区与基区之间沉积一层隧穿氧化层；
（3）P区N区隔离，分别跟金属电极接触；
（4）单面丝网印刷，无主栅或多主栅；
（5）兼容部分TOPCon工序；
（6）高温制程，工艺接近成熟、成本低。SunPower和国内尝试量产IBC电池的企业，纷纷向该技术路线转型，诸如隆基推动的HPBC，可能就是一种TBC电池技术的变形。
HBC电池工艺特点：
（1）掩模和CVD原位制备背面PN区；
（2）电池正面沉积本非晶硅钝化层；
（3）PN区与基区之间沉积本非晶硅钝化层；
（4）PN区与金属电极之间沉积TCO层；
（5）单面丝网印刷，无主栅或多主栅；
（6）兼容HJT设备和工艺；
（7）低温制程，工艺接近成熟、成本高。吸收了非晶硅钝化技术的HBC电池，与HJT电池技术一道，成为新一代最有发展潜力的晶硅电池工艺路线。
