高效IBC光伏电池技术何时“飞入寻常百姓家”？

1.IBC电池概述及研究进展

IBC(Interdigitated back contact指交叉背接触)电池，是指电池正面无电极，正负两极金属栅线呈指状交叉排列于电池背面。IBC电池最大的特点是PN结和金属接触都处于电池的背面，正面没有金属电极遮挡的影响因此具有更高的短路电流Jsc，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻Rs从而提高填充因子FF;加上电池前表面场(Front Surface Field，FSF)以及良好钝化作用带来的开路电压增益，使得这种正面无遮挡的电池不仅转换效率高，而且看上去更美观，同时，全背电极的组件更易于装配。IBC电池是目前实现高效晶体硅电池的技术方向之一。

IBC电池的概念最早于1975年由Lammert和Schwartz提出，最初应用于高聚光系统中。经过近四十年的发展，IBC电池在一个太阳标准测试条件下的转换效率已达到25%，远远超过其它所有的单结晶硅太阳电池。表一中列出了近几年IBC电池技术的研究进展。美国的SunPower公司是产业化IBC电池技术的领导者，他们已经研发了三代IBC电池，最新的MaxeonGen3电池应用145um厚度的N型CZ硅片衬底，最高效率已达25%。

SunPower目前拥有年产能为100MW的第三代(Gen3)电池生产线，并且还有年产能350MW的生产线在建。2014年该线生产的电池平均效率已高达23.62%，其中Voc高达724mV，Jsc达40.16mA/cm2，FF达81.5%，电池的温度系数低至-0.30%/℃，采用IBC电池的光伏组件效率超过21%。

在IBC结构上，SunPower公司的研发遥遥领先，其它研究成果如德国FraunhoferISE的23%，ISFH的23.1%，IMEC的23.3%等等。最近，日本的研发人员将IBC与异质结(HJ)技术相结合，在2014年将晶体硅电池的效率突破到25%以上。其中日本Sharp和Panasonic公司将IBC与HJ技术结合在一起，研发的晶硅多结电池效率分别达到25.1%和25.6%。

在中国，随着光伏产业规模的持续扩大，越来越多的光伏企业对IBC电池技术的研发进行投入，如天合、晶澳、海润等。2013年，海润光伏报导了研发的IBC电池效率达到19.6%。2011年，天合光能与新加坡太阳能研究所及澳大利亚国立大学建立合作研究开发低成本可产业化的IBC电池技术和工艺。

2012年，天合光能承担国家863计划“效率20%以上低成本晶体硅电池产业化成套关键技术研究及示范生产线”，展开了对IBC电池技术的系统研发。经过科研人员的不懈努力，2014年，澳大利亚国立大学(ANU)与常州天合光能有限公司合作研发的小面积IBC电池效率达24.4%，创下了当时IBC结构的电池效率的世界纪录。

同年，由常州天合光能光伏科学与技术国家重点实验室独立研发的6英寸大面积IBC电池效率已达22.9%，成为了6英寸IBC电池的最高转换效率。同时，天合光能依托国家863项目建成中试生产线，进入2015年后，天合光能科研人员采用最新开发的工艺，在中试生产线做出了平均22.8%，最高23.15%(内部测试)的结果，大部分电池效率在22%以上，如图1所示，达到了目前工业级6英寸晶体硅电池效率的最高水平(SunPower电池均为5英寸)。

表一 IBC电池技术的研究进展

图1 天合光能最新产业化IBC电池效率分布图

2.IBC电池结构及工艺技术

IBC电池的常见结构如图2所示。在高寿命的N型硅片衬底的背面形成相间的P+和N+扩散区，前表面制备金字塔状绒面来增强光的吸收，同时在前表面形成前表面场(FSF)。前表面多采用SiNx的叠层钝化减反膜，背面采用SiO2、AlOx、SiNx等钝化层或叠层。最后在背面选择性地形成P和N的金属接触。

图2 IBC电池的结构图