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HBC電池具有最高轉(zhuǎn)換效率的發(fā)展?jié)摿?，迅速吸引了大批研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)的研究，成為最熱門的技術(shù)路線之一。

1、HBC轉(zhuǎn)換效率表現(xiàn)

2014-2015年是BSF鋁背場電池發(fā)展到效率天花板的技術(shù)拐點期，當時轉(zhuǎn)換效率22%以上的晶硅電池技術(shù)有：IBC電池、HJT電池和PERx（PERL/PERT/PERC）家族電池。結(jié)果，在BSF電池生產(chǎn)工藝上，只需增加背面氧化鋁鍍膜和激光開槽兩道工序就完成升級的PERC電池，依靠良好的工藝兼容性和較低的設(shè)備投入，迅速成為新一代主流晶硅電池技術(shù)。

而同期IBC電池，在HJT電池技術(shù)的加持下，成為太陽能電池領(lǐng)域新的創(chuàng)新熱點。2014年，受夏普研究成果啟發(fā)，松下在其HIT（即HJT）電池基礎(chǔ)上，結(jié)合了IBC電池結(jié)構(gòu)，研發(fā)出了轉(zhuǎn)換效率25.6%的HBC電池，刷新了世界紀錄。

HBC電池結(jié)構(gòu)


HBC電池具有最高轉(zhuǎn)換效率的發(fā)展?jié)摿?，迅速吸引了大批研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)的研究，成為最熱門的技術(shù)路線之一。見下表。

HBC電池專利


2017年，Kaneka將HBC電池世界紀錄，刷新到了26.63%。這也是迄今為止晶硅太陽能電池研發(fā)效率的最高水平。見下圖及下表：

日本Kaneka世界紀錄HBC電池


HBC電池轉(zhuǎn)換效率世界紀錄表


HBC電池，即異質(zhì)結(jié)背接觸晶硅電池，高轉(zhuǎn)換效率的主要原因：

（1）高Voc。HBC電池采用氫化非晶硅(a-Si:H)作為雙面鈍化層,在背面形成局部a-Si/c-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，基于高質(zhì)量的非晶硅鈍化，獲得高Voc。充分吸收了HJT電池非晶硅鈍化技術(shù)的優(yōu)點。

（2）高Jsc。HBC電池采用了IBC電池結(jié)構(gòu)，前表面無遮光損失和減少了電阻損失，從而擁有較高的Jsc。充分吸收了IBC電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。

2、HBC電池量產(chǎn)工藝難點

HBC電池代表晶硅電池最高效率水平，然而，HBC電池在繼承了IBC和HJT兩者優(yōu)點的同時，也保留了兩者各自生產(chǎn)工藝的難點：

設(shè)備昂貴，工序長，投資成本高
需要掩模、開槽、摻雜和清洗才能完成制備背面PN區(qū)，制程復(fù)雜
本征和摻雜非晶硅鍍膜工藝，工藝窗口窄，對工藝清潔度要求極高
正負電極都處于背面，電極印刷和電極隔離工藝對設(shè)備精度要求高
低溫銀漿導(dǎo)電性弱，需要跟TCO配合良好，壁壘高供給少
低溫電池制程，客戶端需要低溫組件封裝工藝配合

從各晶硅電池工藝制程對比來看，HBC電池工藝是復(fù)雜而昂貴的。見下表：

晶硅電池工藝制程對比


（1）關(guān)鍵工藝：制備背面P區(qū)（摻硼非晶硅）和N區(qū)（摻磷非晶硅）

如何用低成本工藝，來制備HBC電池背面PN區(qū)，是決定HBC電池是否有產(chǎn)業(yè)競爭力的關(guān)鍵一步。按照經(jīng)典HBC電池制備PN區(qū)的工藝，繞不開“掩模-開槽-沉積-刻蝕”等工藝，比如Kaneka的方案，就高達8個工序，涉及5個不同設(shè)備，制程復(fù)雜而昂貴（見下表）。而主流PERC電池只需一道爐管擴散工藝就完成p-n結(jié)的制備。


按照目前PECVD、PVD、濕法設(shè)備和金屬化設(shè)備等設(shè)備的成熟度，經(jīng)典HBC電池工藝已經(jīng)走得通，但生產(chǎn)成本會比較高。HBC電池的規(guī)模量產(chǎn)，還需要低成本的工藝方案，特別是低成本的PN區(qū)摻雜方案。業(yè)內(nèi)在探索低成本PN區(qū)摻雜工藝，并在以下幾個方向有了積極的成果：

簡化摻雜非晶硅薄膜的工序
降低關(guān)鍵設(shè)備PECVD的設(shè)備成本
采用更低成本的非晶硅沉積設(shè)備

（2）關(guān)鍵設(shè)備：非晶硅薄膜沉積設(shè)備

非晶硅薄膜沉積設(shè)備，主要有板式PECVD、HWCVD和LPCVD設(shè)備。見下表：

非晶硅薄膜沉積設(shè)備比較


LPCVD設(shè)備，是隨著TOPCon電池工藝發(fā)展成熟的新電池設(shè)備，目前僅應(yīng)用在TOPCon和TBC工藝的非晶硅鍍膜上。HWCVD是日本松下/三洋選擇的方案，優(yōu)點是沉積非晶硅質(zhì)量較好，缺陷更少；缺點是鍍膜均勻性較差，碎片率較高，電耗偏高。而PECVD，憑借良好的質(zhì)量和穩(wěn)定性成為主流非晶硅薄膜沉積設(shè)備，特別在制備氫化非晶硅方面。

板式PECVD通過微波或射頻波使腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體分子電離，形成的高化學活性等離子體，在基片表面發(fā)生化學反應(yīng)，沉積成膜。管式PECVD在傳統(tǒng)晶硅電池中沉積的薄膜厚度均大于100nm，而在HBC電池中板式PECVD 在硅片正反面先后沉積兩層非晶硅薄膜用作鈍化層，鈍化層的厚度需控制在5-10nm，薄膜均勻性、致密度、容錯率等直接影響電池片的轉(zhuǎn)換效率，因此板式PECVD設(shè)備對真空度、潔凈度、設(shè)備頻率、壓力、沉積速率等各項影響鍍膜質(zhì)量的指標，要求比較高，從而導(dǎo)致板式PECVD是HBC電池制程里技術(shù)難度最大同時也是最昂貴的設(shè)備。見下表：

主流板式PECVD廠商設(shè)備對比


從目前主流廠商實際表現(xiàn)來看，板式PECVD在工藝控制和成本控制方面，還有較大的提升空間。

（3）TCO和低溫銀漿

TCO透明導(dǎo)電膜

制備TCO透明導(dǎo)電膜，采用PVD或RPD設(shè)備。PVD工藝較為成熟，國際領(lǐng)頭羊公司的PVD設(shè)備產(chǎn)能可達8000片/小時，國產(chǎn)PVD設(shè)備產(chǎn)能也達到了8000片/小時，未來有望提升至10000片/小時，可進一步降低TCO成本；RPD設(shè)備方面，國產(chǎn)RPD設(shè)備每小時產(chǎn)能達到5500片，還在進一步提高。

制備良好的TCO膜，需要合適的薄膜材料。這種薄膜材料的特性要求為：1) 透明性要好；2) 電導(dǎo)率要盡量高；3)要與其接觸的硅薄膜的功函數(shù)相匹配；4) 在迎光面的TCO膜需要載流子濃度低，以避免紅外吸收；5) 靶材料成本要足夠低；6) 鍍成的薄膜應(yīng)較為穩(wěn)定，不容易在氣氛中分解。制備HJT電池的TCO膜，一般選用應(yīng)用廣泛但成本較高的ITO膜，而HBC電池，只需背面鍍TCO膜，可以選用較低成本的AZO膜。

低溫銀漿

跟HJT電池工藝一樣，經(jīng)典HBC電池整段工藝都是在200℃左右制備，因此金屬化工藝需要使用低溫漿料；但由于HBC電池只需單面印刷銀漿，銀漿成本始終會低于HJT（同理，TBC銀漿成本低于TOPCon）。低溫銀漿為絲網(wǎng)印刷增加了難度和成本，主要在于低溫聚合物必須在-20℃下儲存，一旦打開聚合物就開始反應(yīng)，這意味著必須立刻使用漿料；同時低溫銀漿的導(dǎo)電性能弱于高溫銀漿，需要提高銀的含量來提高導(dǎo)電性。目前低溫銀漿由于對原料要求高，90%的低溫銀漿由日本一家供應(yīng)商供應(yīng)，成本比常規(guī)高溫銀漿高出不少。目前國產(chǎn)廠商在積極量產(chǎn)低溫銀漿。

原標題： HBC電池效率及工藝難點