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一、前言
在全球“碳達峰”和“碳中和”大趨勢背景下，光伏產(chǎn)業(yè)迎來空前繁榮發(fā)展期。主流晶硅光伏已在全球絕大部分地區(qū)實現(xiàn)了發(fā)電側(cè)平價上網(wǎng)，光伏度電成本仍需要進一步降低到0.05-0.15元/kWh區(qū)間內(nèi)，在儲能的配合下，真正成為主力電力能源，光伏發(fā)電滲透率從3%提升至30%以上。在光伏平價時代，光伏轉(zhuǎn)換效率的提升，顯得尤為重要。一是因為高電價地區(qū)的土地和屋頂資源逐漸變得稀缺，二是因為光伏轉(zhuǎn)換效率提升，可攤薄建設(shè)光伏電站的非組件成本，及提升單位面積發(fā)電量，進而降低光伏度電成本。
業(yè)界異常關(guān)注PERC電池之后的下一代晶硅電池主流技術(shù)，到底TOPCon、HJT和IBC等哪一種技術(shù)路線會勝出。按照晶硅電池轉(zhuǎn)換效率每年進步0.5個百分點的規(guī)律，到2030年晶硅電池轉(zhuǎn)換效率將達到27.5%產(chǎn)業(yè)化極限，接近單結(jié)晶硅電池29.43%理論極限，從而進入到晶硅疊層電池發(fā)展時代。不像理論效率只有24.5%的PERC電池，TOPCon、HJT和IBC三種N型技術(shù)路線都擁有非常高的效率天花板。業(yè)界認為，要勝出PERC電池，只需滿足：1）比PERC路線更低的度電成本（LCOE）；2）開創(chuàng)新的大應用市場。
目前業(yè)界的眼光，主要聚焦在TOPCon和HJT這兩種鈍化接觸技術(shù)路線。高效晶硅電池技術(shù)演進的邏輯是，用更低成本的規(guī)模化工藝手段，減少電池載流子的復合，從而提高開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。PERC電池勝出BSF鋁背場電池，關(guān)鍵在于在電池背面實行更好的鈍化技術(shù)，增強光線的內(nèi)背反射，降低了背面復合。從實驗室和產(chǎn)業(yè)化結(jié)果來看，TOPCon和HJT電池的鈍化接觸技術(shù)，能大幅減少金屬電極和電池的接觸復合，從而實現(xiàn)比PERC電池更高的轉(zhuǎn)換效率。在量產(chǎn)成本上，能兼容PERC生產(chǎn)線的TOPCon電池工藝比HJT領(lǐng)先一步。
而IBC（Interdigitated Back Contact，交叉指式背接觸）電池技術(shù)，作為歷史最悠久的晶硅電池技術(shù)，師出名門，自成體系，長期霸占晶硅電池轉(zhuǎn)換效率紀錄榜榜首，卻一直受限于較高的量產(chǎn)成本，發(fā)展較為曲折。IBC電池與其他晶硅電池最大的不同是，其發(fā)射極、表面場和金屬電極都做在電池背面，并交叉指式分布，電池正表面無任何柵線遮擋，吸光面積最大。
IBC電池技術(shù)能持續(xù)發(fā)展幾十年，并越來越受關(guān)注，除了擁有最高轉(zhuǎn)換效率潛力的電池結(jié)構(gòu)外，在于它能兼容并蓄，不斷吸收其他晶硅技術(shù)路線的工藝優(yōu)點和鈍化技術(shù)，來不斷提升轉(zhuǎn)換效率。IBC吸收了PERC技術(shù)發(fā)展階段的優(yōu)點，轉(zhuǎn)換效率提升到24%-25%；吸收TOPCon鈍化接觸技術(shù)，演變成POLO-IBC電池或TBC電池，轉(zhuǎn)換效率能到25%-26%；吸收HJT的非晶硅鈍化技術(shù)，演變成HBC電池，轉(zhuǎn)換效率能到26%-27%。
IBC電池，除了“比PERC路線更低的度電成本（LCOE）”的發(fā)展?jié)摿ν猓€擁有“開創(chuàng)新的大應用市場”的巨大潛力，因為IBC電池表面純黑美觀，輕薄化后比其他光伏電池更適合應用在蓬勃發(fā)展的光伏建筑（BIPV）市場、電子消費市場、軍工市場和航天航空市場。
本文梳理IBC電池演進到HBC電池的發(fā)展脈絡(luò)，試圖回答：
（1）IBC電池是否有機會成為新一代主流晶硅電池
（2）轉(zhuǎn)換效率最高的HBC電池，量產(chǎn)工藝難點在哪里
（3）HBC電池技術(shù)滿足什么條件，才具備商業(yè)價值
（4）是否存在比PERC更低成本的HBC電池量產(chǎn)工藝
二、IBC電池發(fā)展?jié)摿?/strong>
1、SunPower公司IBC電池發(fā)展歷程
談及IBC電池，SunPower是繞不過去的一座豐碑。SunPower已成立36年，累計出貨35億片IBC電池片（超過10GW），擁有1000多個晶硅電池專利。
1975年，Schwartz和Lammert首提背接觸式光伏電池概念；1984年，斯坦福教授Swanson研發(fā)了IBC類似的點接觸（Point Contact Cell，PCC）太陽電池，在聚光系統(tǒng)下轉(zhuǎn)換效率19.7％；1985年Swanson教授創(chuàng)立SunPower，研發(fā)IBC電池。1993年，SunPower全背接觸電池幫助本田贏得澳洲太陽能汽車挑戰(zhàn)賽冠軍。2004年，SunPower菲律賓工廠（25MW產(chǎn)能）規(guī)模量產(chǎn)第一代IBC電池（見下圖），轉(zhuǎn)換效率最高21.5%，組件價格5-6美金/瓦。同時期，無錫尚德（Suntech）拉開了中國低成本晶硅電池的規(guī)模量產(chǎn)序幕，尚德晶硅組件效率約13%，出廠價格2.8美金/瓦，還有20%毛利率。
SunPower第一代IBC電池基本奠定了IBC電池技術(shù)路線的電池結(jié)構(gòu)和工藝框架：
（1）電池前表面陷光絨面，無柵線遮擋，避免了金屬電極遮光損失，最大化吸收入射光子，實現(xiàn)良好短路電流；
（2）電池背面制備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；由于消除了前表面發(fā)射極，前表面復合損失減少；
（3）前表面遠離背面p-n結(jié)，為了抑制前表面復合，需要更好的前表面鈍化方案；同時需要具有長擴散長度的高質(zhì)量硅片（如N型硅片），以降低少數(shù)載流子在到達背結(jié)之前的復合；
（4）采用鈍化接觸或減少接觸面積，大幅減少背面p+區(qū)和n+區(qū)與金屬電極的接觸復合損失；
（5）增加前表面場FSF，利用場鈍化效應降低表面少子濃度，降低表面復合速率的同時還可以降低串聯(lián)電阻，提升電子傳輸能力。
自推出一代IBC電池后，SunPower不斷往兩個方向升級IBC電池技術(shù)：1）更簡化的制程，及更低成本工藝；2）更好的鈍化技術(shù)。其IBC電池技術(shù)升級歷程見下表：
SunPower公司IBC電池發(fā)展歷程
從SunPower最新披露信息來看，其最新一代IBC電池，已吸收了TOPCon電池鈍化接觸的技術(shù)優(yōu)點，保留了銅電極工藝；從電池結(jié)構(gòu)來看，量產(chǎn)工藝已經(jīng)簡化，成本在可接受范圍，轉(zhuǎn)換效率達到25%以上。見下圖：
IBC電池超高的轉(zhuǎn)換效率表現(xiàn)，吸引了大批的研究機構(gòu)和太陽能企業(yè)，從新電池結(jié)構(gòu)、新鈍化技術(shù)、摻雜技術(shù)、金屬化工藝和封裝工藝等方面，作出了大量的實驗室研究成果和量產(chǎn)探索成果。IBC電池量產(chǎn)工藝的關(guān)鍵問題，是如何低成本的在電池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。SunPower及后來者，曾嘗試過掩模光刻、離子注入、爐管擴散、CVD原位摻雜、激光摻雜等不同的設(shè)備和工藝，來制備IBC電池背面P區(qū)和N區(qū)。
隨著設(shè)備成本的下降和工藝的成熟，IBC電池慢慢形成了三大工藝路線：1）以SunPower為代表的經(jīng)典IBC電池工藝；2）以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝；由于POLO-IBC工藝復雜，業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術(shù)TBC電池工藝（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-SHJ）。見下圖：
IBC電池轉(zhuǎn)換效率的進化
來源：中科院寧波材料所，2020
（1）經(jīng)典IBC電池工藝特點：
?掩模和爐管擴散制備背面PN區(qū)
?P區(qū)N區(qū)隔離，分別跟金屬電極接觸
?單面絲網(wǎng)印刷，無主柵或多主柵
?兼容部分PERC工序
?高溫制程，設(shè)備及工藝成熟、成本低
?量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率23.5%-24.5%
由于主流PERC電池轉(zhuǎn)換效率已到23%，TOPCon電池和HJT電池也能輕松達到24.5%轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)典IBC電池獲取的效率溢價，難以覆蓋增加的成本，該工藝路線慢慢變得沒有競爭力，業(yè)內(nèi)已將目光投向更有前景的TBC電池和HBC電池技術(shù)。
（2）TBC電池工藝特點：
?掩模和爐管擴散制備背面PN區(qū)，或掩模和CVD原位摻雜制備背面PN區(qū)
?PN區(qū)與基區(qū)之間沉積一層超薄隧穿氧化層
?P區(qū)N區(qū)隔離，分別跟金屬電極接觸
?單面絲網(wǎng)印刷，無主柵或多主柵
?兼容部分TOPCon工序
?高溫制程，工藝接近成熟、成本低
?量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率24.5%-25.5%
由于TOPCon電池工藝已成熟，吸收了TOPCon電池關(guān)鍵技術(shù)工藝的TBC電池，成為了性價比最高的IBC電池工藝路線。SunPower和國內(nèi)嘗試量產(chǎn)IBC電池的企業(yè)，紛紛向該技術(shù)路線轉(zhuǎn)型。
（3）HBC電池工藝特點：
?掩模和CVD原位摻雜制備背面PN區(qū)
?電池正面沉積本征非晶硅鈍化層
?PN區(qū)與基區(qū)之間沉積本征非晶硅鈍化層
?PN區(qū)與金屬電極之間沉積TCO層
?單面絲網(wǎng)印刷，無主柵或多主柵
?兼容HJT設(shè)備和工藝
?低溫制程，工藝接近成熟、成本高
?量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率25%-26.5%
吸收了非晶硅鈍化技術(shù)的HBC電池，開路電壓高達740mV，轉(zhuǎn)換效率最高達到26.63%，成為新一代最有發(fā)展?jié)摿Φ木Ч桦姵毓に嚶肪€。
3、IBC電池成本及市場潛力
從整個光伏電池市場來看，目前IBC電池仍然處于曲高和寡的狀態(tài)。看下表：
表 晶硅光伏電池不同工藝路線的發(fā)展情況
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
從設(shè)備成熟度、N型工藝發(fā)展趨勢和終端市場變化來看，IBC電池將迎來重大發(fā)展機遇：
(1)制備TOPCon電池的關(guān)鍵設(shè)備LPCVD（或PECVD），已經(jīng)成熟，推動TOPCon電池整套量產(chǎn)工藝成熟的同時，帶動了TBC電池工藝的成熟。TOPCon電池正表面存在較高的金屬接觸復合，TBC電池不存在該問題，從而擁有比TOPCon電池更高的轉(zhuǎn)換效率。
(2)HJT電池全套工藝設(shè)備，特別是板式PECVD設(shè)備，已接近成熟，將帶動HBC電池工藝的成熟。HBC電池，能避開HJT電池前表面的金屬電極光學遮擋和高電阻帶來的效率損失，從而擁有比HJT電池更高的轉(zhuǎn)換效率。
(3)效率更高的TBC/HBC電池，只需背面印刷銀漿，銀漿耗量比TOPCon/HJT電池低；且背面銀漿不必考慮柵線遮擋問題，可適當加寬柵線，從而降低串聯(lián)電阻，提高FF。比TOPCon/HJT電池更低的銀漿成本，給TBC/HBC電池工藝帶來充分的技術(shù)迭代空間和降本空間。
(4)按照晶硅電池每年提高0.5個百分點轉(zhuǎn)換效率的進步速度，在3-4年左右時間，晶硅電池平均量產(chǎn)效率將達到25%，效率更高的TBC/HBC電池，迎來大規(guī)模發(fā)展階段。
(5)平價時代，異常注重單位發(fā)電功率的分布式屋頂、電動大巴、太陽能無人飛機、消費電子、軍工和航天航空等高端光伏應用市場，更青睞于更加美觀、單面發(fā)電但效率更高的IBC電池。
(6)設(shè)備和工藝的成熟，使得量產(chǎn)IBC電池的非硅成本，只要低于0.3元/瓦，以TBC/HBC工藝為主要發(fā)展方向的IBC電池將蓬勃發(fā)展，有望成為新一代主流光伏電池。
三、HBC電池效率及工藝難點
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Γ杆傥舜笈邪l(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。
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
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：
HBC電池轉(zhuǎn)換效率世界記錄表
來源：公開信息
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電池工藝是復雜而昂貴的。見下表：
晶硅電池工藝制程對比
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
（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。
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
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
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
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，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：
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
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透明導電膜
制備TCO透明導電膜，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，這意味著必須立刻使用漿料；同時低溫銀漿的導電性能弱于高溫銀漿，需要提高銀的含量來提高導電性。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商供應，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。
四、低成本HBC電池工藝
現(xiàn)階段，若HBC電池①非硅成本降低到0.3元/瓦以下，②或非硅成本比PERC電池僅高出0.15元/瓦以內(nèi)，③或生產(chǎn)成本比PERC電池低，HBC電池將迎來極佳的發(fā)展期。
降低HBC電池生產(chǎn)成本，有幾大工藝方向：
(1)簡化工藝，縮短制程，減少工藝設(shè)備。關(guān)鍵在于減少制備背面PN區(qū)的工序
(2)選用更低成本的非晶硅沉積設(shè)備。比如選用HWCVD或LPCVD，或板式PECVD進一步降本
(3)選用更低成本的TCO膜和靶材。比如選用AZO或其他低成本TCO膜
(4)選用更低成本的金屬電極工藝。比如采用銅電極工藝，或配合微晶工藝采用中高溫銀漿方案
不少研究機構(gòu)和創(chuàng)新企業(yè)，從以上幾大降本方向，提出了若干個低成本HBC電池量產(chǎn)工藝。
1、Tunnel-HBC電池工藝
瑞士電子與微技術(shù)中心CSEM，聯(lián)合設(shè)備廠商Meyer Burger和EPFL，提出了低成本的Tunnel-HBC電池工藝，Voc達到了745mV，電池轉(zhuǎn)換效率高達25.35%。見下圖：
Tunnel-HBC電池結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換效率
來源：CSEM，EPFL，Meyer Burger Research，2019
Tunnel-HBC電池關(guān)鍵工藝是在背面采用n/i/n+/p+/TCO/Ag結(jié)構(gòu)構(gòu)成隧道結(jié)，在簡化工藝制程的同時，還擁有較高的轉(zhuǎn)換效率。Tunnel-HBC電池工藝主要有以下創(chuàng)新點：
(1)只需要N區(qū)（電子收集區(qū)）圖形化，設(shè)備自帶mask，省略了原掩模工序
(2)P區(qū)（空穴收集區(qū)）直接覆蓋整個背面，不需要對準，省略了原開槽和刻蝕工序
(3)從雙面本征非晶硅到背面兩層摻雜納米晶硅層，可用一個設(shè)備連續(xù)沉積，適合大規(guī)模生產(chǎn)
(4)整個工藝制程大幅縮減到10步，工藝簡潔，生產(chǎn)成本低
(5)只需背面沉積單層且便宜的無銦TCO膜（Al:ZnO）
Tunnel-HBC電池工藝解決了經(jīng)典HBC最復雜的多步非晶硅沉積工藝，非常適合產(chǎn)業(yè)化。但還有若干新問題需要進一步優(yōu)化：
(1)P區(qū)和N區(qū)沒有隔離，為防止短路，空穴收集材料必須具有低橫向電導性能；
(2)使用nc-Si:H(n)/nc-Si:H(p)代替a-Si:H(n)/a-Si:H(p)可以獲得更好的Voc和FF，但沉積nc-Si:H會降低PECVD產(chǎn)能；
(3)自帶mask的PECVD設(shè)備，造價昂貴，且需要適配電池片尺寸變化；尚無國產(chǎn)設(shè)備廠商跟進；
(4)印刷銀漿后采用濕法刻蝕工藝完成TCO膜和電極的隔離，工藝難度大。
2、基于LPCVD的HBC電池工藝
普樂科技（POPSOLAR®）充分結(jié)合了目前成熟且低成本的工藝和設(shè)備，在先進設(shè)備廠商和材料廠商的幫助下，提出了低成本的“基于LPCVD的HBC電池工藝”（簡稱L-HBC），Voc可達730mV以上，電池轉(zhuǎn)換效率高達25%以上。見下圖。
普樂科技（POPSOLAR®）L-HBC電池結(jié)構(gòu)
與經(jīng)典HBC電池工藝技術(shù)相比，L-HBC電池工藝的創(chuàng)新在于：
(1)充分利用了成熟的LPCVD摻雜非晶硅工藝和掩膜開槽工藝，來制備背面PN區(qū)（硼摻雜和磷摻雜非晶硅）
(2)用低成本的氧化層沉積工藝替代了本征非晶硅沉積工藝。正面用氧化鋁或氧化硅替代本征非晶硅鈍化膜；背面用超薄隧穿氧化硅替代本征非晶硅層，保持了鈍化接觸能力和高Voc
(3)用LPCVD設(shè)備利用BCl3氣態(tài)源實現(xiàn)了低溫硼摻雜非晶層，摻雜濃度容易控制，且降低了制造成本
(4)制備了摻雜非晶硅和微晶硅的混合結(jié)構(gòu)，保持高Voc和高Jsc的同時，能經(jīng)受較高溫度的工藝
(5)用常規(guī)低成本氮化硅工藝替代了低溫TCO工藝，能承受溫度較高的金屬化工藝，并可采用低成本銀漿方案
(6)采用創(chuàng)新激光燒結(jié)工藝，按圖形局部燒結(jié)出銀電極，不破壞非晶硅/微晶硅結(jié)構(gòu)；避免了常規(guī)高溫燒結(jié)放大硅片內(nèi)部缺陷問題，從而進一步提高轉(zhuǎn)換效率
當然，L-HBC電池工藝面臨著新問題挑戰(zhàn)：1）非晶硅原位摻雜速率需要進一步提高，氫含量和晶化率需要進一步優(yōu)化；2）整線制程要求較高，需要水平較高的工藝團隊和廠務設(shè)施；3）激光燒結(jié)設(shè)備需要進一步完善；4）適配L-HBC電池工藝的中高溫銀漿，需要進一步優(yōu)化。
普樂科技L-HBC電池工藝，整線制程充分兼容了主流低成本成熟工藝，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化；若實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率25.5%和良率95%以上的制程目標，生產(chǎn)成本有望低于主流PERC電池。
此外，L-HBC電池工藝有極強的工藝柔性，1）若增加退火設(shè)備，可兼容更低成本的TOPCon電池工藝和TBC電池工藝；2）若將氮化硅工藝改為TCO工藝，則工藝路線跟經(jīng)典HBC接近，但成本低一些。L-HBC電池生產(chǎn)線能為組件客戶提高更多電池產(chǎn)品選項。
3、極簡HBC電池工藝
成本最低的極簡HBC電池工藝，必然是在制備背面PN區(qū)方面做出了重大創(chuàng)新，采用非掩模非化學沉積工藝完成了背后PN摻雜。那極簡HBC電池工藝是否存在呢？答案是肯定的。
普樂科技（POPSOLAR®）在L-HBC電池工藝基礎(chǔ)上，進一步提出了更簡潔的iHBC電池工藝。iHBC電池工藝采用非掩模非化學沉積工藝完成了電池背面非晶硅層的硼磷摻雜，不僅大幅縮短了工藝流程，大幅降低了設(shè)備投資成本（約2億元/GW），還比PERC電池工藝降低了30%-40%水電氣耗量，銀漿單耗低于PERC電池，從而使得HBC電池在生產(chǎn)成本和商業(yè)價值上有挑戰(zhàn)主流PERC電池的巨大潛力。
（詳細工藝流程，另文待續(xù)…）
五、總結(jié)與展望
本文梳理IBC電池演進到HBC電池的最新發(fā)展脈絡(luò)，總結(jié)如下：
（1）隨著高價值光伏應用市場的蓬勃發(fā)展，既美觀又效率更高IBC電池，越來越受歡迎；阻礙IBC電池發(fā)展的高成本問題，逐漸被新工藝化解，IBC電池已到了規(guī)模發(fā)展的臨界點。
（2）TOPCon和HJT等N型電池設(shè)備和工藝的成熟，帶動了低成本IBC量產(chǎn)工藝的成熟；只要量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率在25%以上，①非硅成本降低到0.3元/瓦以下，②或非硅成本比PERC電池僅高出0.15元/瓦以內(nèi)，③或生產(chǎn)成本比PERC電池低，IBC電池將迎來極佳的發(fā)展期，甚至有機會成為新一代主流晶硅電池。
（3）在業(yè)內(nèi)紛紛從經(jīng)典IBC電池工藝升級到TBC電池工藝的同時，轉(zhuǎn)換效率最高的HBC電池，迎來了新的發(fā)展階段，并出現(xiàn)了多個低成本HBC電池量產(chǎn)工藝路線，有望讓IBC電池技術(shù)路線重現(xiàn)輝煌。
（4）量產(chǎn)HBC電池的最大挑戰(zhàn)，仍然在于如何發(fā)展和選用低成本的非晶硅沉積設(shè)備，來制備背面PN區(qū)；更激進的工藝方案是，采用更低成本的非化學沉積設(shè)備來完成背后PN摻雜。
（5）低成本量產(chǎn)工藝的成熟，不僅讓HBC電池仍保持較高的Voc和轉(zhuǎn)換效率，更重要的是，使得HBC電池在生產(chǎn)成本和商業(yè)價值上有挑戰(zhàn)主流PERC電池的巨大潛力。
在全球“碳達峰”和“碳中和”大趨勢背景下，光伏產(chǎn)業(yè)迎來空前繁榮發(fā)展期。主流晶硅光伏已在全球絕大部分地區(qū)實現(xiàn)了發(fā)電側(cè)平價上網(wǎng)，光伏度電成本仍需要進一步降低到0.05-0.15元/kWh區(qū)間內(nèi)，在儲能的配合下，真正成為主力電力能源，光伏發(fā)電滲透率從3%提升至30%以上。在光伏平價時代，光伏轉(zhuǎn)換效率的提升，顯得尤為重要。一是因為高電價地區(qū)的土地和屋頂資源逐漸變得稀缺，二是因為光伏轉(zhuǎn)換效率提升，可攤薄建設(shè)光伏電站的非組件成本，及提升單位面積發(fā)電量，進而降低光伏度電成本。
業(yè)界異常關(guān)注PERC電池之后的下一代晶硅電池主流技術(shù)，到底TOPCon、HJT和IBC等哪一種技術(shù)路線會勝出。按照晶硅電池轉(zhuǎn)換效率每年進步0.5個百分點的規(guī)律，到2030年晶硅電池轉(zhuǎn)換效率將達到27.5%產(chǎn)業(yè)化極限，接近單結(jié)晶硅電池29.43%理論極限，從而進入到晶硅疊層電池發(fā)展時代。不像理論效率只有24.5%的PERC電池，TOPCon、HJT和IBC三種N型技術(shù)路線都擁有非常高的效率天花板。業(yè)界認為，要勝出PERC電池，只需滿足：1）比PERC路線更低的度電成本（LCOE）；2）開創(chuàng)新的大應用市場。
目前業(yè)界的眼光，主要聚焦在TOPCon和HJT這兩種鈍化接觸技術(shù)路線。高效晶硅電池技術(shù)演進的邏輯是，用更低成本的規(guī)模化工藝手段，減少電池載流子的復合，從而提高開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。PERC電池勝出BSF鋁背場電池，關(guān)鍵在于在電池背面實行更好的鈍化技術(shù)，增強光線的內(nèi)背反射，降低了背面復合。從實驗室和產(chǎn)業(yè)化結(jié)果來看，TOPCon和HJT電池的鈍化接觸技術(shù)，能大幅減少金屬電極和電池的接觸復合，從而實現(xiàn)比PERC電池更高的轉(zhuǎn)換效率。在量產(chǎn)成本上，能兼容PERC生產(chǎn)線的TOPCon電池工藝比HJT領(lǐng)先一步。
而IBC（Interdigitated Back Contact，交叉指式背接觸）電池技術(shù)，作為歷史最悠久的晶硅電池技術(shù)，師出名門，自成體系，長期霸占晶硅電池轉(zhuǎn)換效率紀錄榜榜首，卻一直受限于較高的量產(chǎn)成本，發(fā)展較為曲折。IBC電池與其他晶硅電池最大的不同是，其發(fā)射極、表面場和金屬電極都做在電池背面，并交叉指式分布，電池正表面無任何柵線遮擋，吸光面積最大。
IBC電池技術(shù)能持續(xù)發(fā)展幾十年，并越來越受關(guān)注，除了擁有最高轉(zhuǎn)換效率潛力的電池結(jié)構(gòu)外，在于它能兼容并蓄，不斷吸收其他晶硅技術(shù)路線的工藝優(yōu)點和鈍化技術(shù)，來不斷提升轉(zhuǎn)換效率。IBC吸收了PERC技術(shù)發(fā)展階段的優(yōu)點，轉(zhuǎn)換效率提升到24%-25%；吸收TOPCon鈍化接觸技術(shù)，演變成POLO-IBC電池或TBC電池，轉(zhuǎn)換效率能到25%-26%；吸收HJT的非晶硅鈍化技術(shù)，演變成HBC電池，轉(zhuǎn)換效率能到26%-27%。
IBC電池，除了“比PERC路線更低的度電成本（LCOE）”的發(fā)展?jié)摿ν猓€擁有“開創(chuàng)新的大應用市場”的巨大潛力，因為IBC電池表面純黑美觀，輕薄化后比其他光伏電池更適合應用在蓬勃發(fā)展的光伏建筑（BIPV）市場、電子消費市場、軍工市場和航天航空市場。
本文梳理IBC電池演進到HBC電池的發(fā)展脈絡(luò)，試圖回答：
（1）IBC電池是否有機會成為新一代主流晶硅電池
（2）轉(zhuǎn)換效率最高的HBC電池，量產(chǎn)工藝難點在哪里
（3）HBC電池技術(shù)滿足什么條件，才具備商業(yè)價值
（4）是否存在比PERC更低成本的HBC電池量產(chǎn)工藝
二、IBC電池發(fā)展?jié)摿?/strong>
1、SunPower公司IBC電池發(fā)展歷程
談及IBC電池，SunPower是繞不過去的一座豐碑。SunPower已成立36年，累計出貨35億片IBC電池片（超過10GW），擁有1000多個晶硅電池專利。
1975年，Schwartz和Lammert首提背接觸式光伏電池概念；1984年，斯坦福教授Swanson研發(fā)了IBC類似的點接觸（Point Contact Cell，PCC）太陽電池，在聚光系統(tǒng)下轉(zhuǎn)換效率19.7％；1985年Swanson教授創(chuàng)立SunPower，研發(fā)IBC電池。1993年，SunPower全背接觸電池幫助本田贏得澳洲太陽能汽車挑戰(zhàn)賽冠軍。2004年，SunPower菲律賓工廠（25MW產(chǎn)能）規(guī)模量產(chǎn)第一代IBC電池（見下圖），轉(zhuǎn)換效率最高21.5%，組件價格5-6美金/瓦。同時期，無錫尚德（Suntech）拉開了中國低成本晶硅電池的規(guī)模量產(chǎn)序幕，尚德晶硅組件效率約13%，出廠價格2.8美金/瓦，還有20%毛利率。
SunPower第一代IBC電池
SunPower第一代IBC電池基本奠定了IBC電池技術(shù)路線的電池結(jié)構(gòu)和工藝框架：
（1）電池前表面陷光絨面，無柵線遮擋，避免了金屬電極遮光損失，最大化吸收入射光子，實現(xiàn)良好短路電流；
（2）電池背面制備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；由于消除了前表面發(fā)射極，前表面復合損失減少；
（3）前表面遠離背面p-n結(jié)，為了抑制前表面復合，需要更好的前表面鈍化方案；同時需要具有長擴散長度的高質(zhì)量硅片（如N型硅片），以降低少數(shù)載流子在到達背結(jié)之前的復合；
（4）采用鈍化接觸或減少接觸面積，大幅減少背面p+區(qū)和n+區(qū)與金屬電極的接觸復合損失；
（5）增加前表面場FSF，利用場鈍化效應降低表面少子濃度，降低表面復合速率的同時還可以降低串聯(lián)電阻，提升電子傳輸能力。
自推出一代IBC電池后，SunPower不斷往兩個方向升級IBC電池技術(shù)：1）更簡化的制程，及更低成本工藝；2）更好的鈍化技術(shù)。其IBC電池技術(shù)升級歷程見下表：
SunPower公司IBC電池發(fā)展歷程
SunPower新一代IBC電池（TBC電池）
2、IBC電池技術(shù)及量產(chǎn)工藝演進IBC電池超高的轉(zhuǎn)換效率表現(xiàn)，吸引了大批的研究機構(gòu)和太陽能企業(yè)，從新電池結(jié)構(gòu)、新鈍化技術(shù)、摻雜技術(shù)、金屬化工藝和封裝工藝等方面，作出了大量的實驗室研究成果和量產(chǎn)探索成果。IBC電池量產(chǎn)工藝的關(guān)鍵問題，是如何低成本的在電池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。SunPower及后來者，曾嘗試過掩模光刻、離子注入、爐管擴散、CVD原位摻雜、激光摻雜等不同的設(shè)備和工藝，來制備IBC電池背面P區(qū)和N區(qū)。
隨著設(shè)備成本的下降和工藝的成熟，IBC電池慢慢形成了三大工藝路線：1）以SunPower為代表的經(jīng)典IBC電池工藝；2）以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝；由于POLO-IBC工藝復雜，業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術(shù)TBC電池工藝（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-SHJ）。見下圖：
來源：中科院寧波材料所，2020
（1）經(jīng)典IBC電池工藝特點：
?掩模和爐管擴散制備背面PN區(qū)
?P區(qū)N區(qū)隔離，分別跟金屬電極接觸
?單面絲網(wǎng)印刷，無主柵或多主柵
?兼容部分PERC工序
?高溫制程，設(shè)備及工藝成熟、成本低
?量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率23.5%-24.5%
由于主流PERC電池轉(zhuǎn)換效率已到23%，TOPCon電池和HJT電池也能輕松達到24.5%轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)典IBC電池獲取的效率溢價，難以覆蓋增加的成本，該工藝路線慢慢變得沒有競爭力，業(yè)內(nèi)已將目光投向更有前景的TBC電池和HBC電池技術(shù)。
（2）TBC電池工藝特點：
?掩模和爐管擴散制備背面PN區(qū)，或掩模和CVD原位摻雜制備背面PN區(qū)
?PN區(qū)與基區(qū)之間沉積一層超薄隧穿氧化層
?P區(qū)N區(qū)隔離，分別跟金屬電極接觸
?單面絲網(wǎng)印刷，無主柵或多主柵
?兼容部分TOPCon工序
?高溫制程，工藝接近成熟、成本低
?量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率24.5%-25.5%
由于TOPCon電池工藝已成熟，吸收了TOPCon電池關(guān)鍵技術(shù)工藝的TBC電池，成為了性價比最高的IBC電池工藝路線。SunPower和國內(nèi)嘗試量產(chǎn)IBC電池的企業(yè)，紛紛向該技術(shù)路線轉(zhuǎn)型。
（3）HBC電池工藝特點：
?掩模和CVD原位摻雜制備背面PN區(qū)
?電池正面沉積本征非晶硅鈍化層
?PN區(qū)與基區(qū)之間沉積本征非晶硅鈍化層
?PN區(qū)與金屬電極之間沉積TCO層
?單面絲網(wǎng)印刷，無主柵或多主柵
?兼容HJT設(shè)備和工藝
?低溫制程，工藝接近成熟、成本高
?量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率25%-26.5%
吸收了非晶硅鈍化技術(shù)的HBC電池，開路電壓高達740mV，轉(zhuǎn)換效率最高達到26.63%，成為新一代最有發(fā)展?jié)摿Φ木Ч桦姵毓に嚶肪€。
3、IBC電池成本及市場潛力
從整個光伏電池市場來看，目前IBC電池仍然處于曲高和寡的狀態(tài)。看下表：
表 晶硅光伏電池不同工藝路線的發(fā)展情況
從設(shè)備成熟度、N型工藝發(fā)展趨勢和終端市場變化來看，IBC電池將迎來重大發(fā)展機遇：
(1)制備TOPCon電池的關(guān)鍵設(shè)備LPCVD（或PECVD），已經(jīng)成熟，推動TOPCon電池整套量產(chǎn)工藝成熟的同時，帶動了TBC電池工藝的成熟。TOPCon電池正表面存在較高的金屬接觸復合，TBC電池不存在該問題，從而擁有比TOPCon電池更高的轉(zhuǎn)換效率。
(2)HJT電池全套工藝設(shè)備，特別是板式PECVD設(shè)備，已接近成熟，將帶動HBC電池工藝的成熟。HBC電池，能避開HJT電池前表面的金屬電極光學遮擋和高電阻帶來的效率損失，從而擁有比HJT電池更高的轉(zhuǎn)換效率。
(3)效率更高的TBC/HBC電池，只需背面印刷銀漿，銀漿耗量比TOPCon/HJT電池低；且背面銀漿不必考慮柵線遮擋問題，可適當加寬柵線，從而降低串聯(lián)電阻，提高FF。比TOPCon/HJT電池更低的銀漿成本，給TBC/HBC電池工藝帶來充分的技術(shù)迭代空間和降本空間。
(4)按照晶硅電池每年提高0.5個百分點轉(zhuǎn)換效率的進步速度，在3-4年左右時間，晶硅電池平均量產(chǎn)效率將達到25%，效率更高的TBC/HBC電池，迎來大規(guī)模發(fā)展階段。
(5)平價時代，異常注重單位發(fā)電功率的分布式屋頂、電動大巴、太陽能無人飛機、消費電子、軍工和航天航空等高端光伏應用市場，更青睞于更加美觀、單面發(fā)電但效率更高的IBC電池。
(6)設(shè)備和工藝的成熟，使得量產(chǎn)IBC電池的非硅成本，只要低于0.3元/瓦，以TBC/HBC工藝為主要發(fā)展方向的IBC電池將蓬勃發(fā)展，有望成為新一代主流光伏電池。
三、HBC電池效率及工藝難點
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電池具有最高轉(zhuǎn)換效率的發(fā)展?jié)摿Γ杆傥舜笈邪l(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。
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：
來源：公開信息
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電池工藝是復雜而昂貴的。見下表：
晶硅電池工藝制程對比
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
（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
制表：普樂科技（POPSOLAR®）
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，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：
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透明導電膜
制備TCO透明導電膜，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，這意味著必須立刻使用漿料；同時低溫銀漿的導電性能弱于高溫銀漿，需要提高銀的含量來提高導電性。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商供應，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。
四、低成本HBC電池工藝
現(xiàn)階段，若HBC電池①非硅成本降低到0.3元/瓦以下，②或非硅成本比PERC電池僅高出0.15元/瓦以內(nèi)，③或生產(chǎn)成本比PERC電池低，HBC電池將迎來極佳的發(fā)展期。
降低HBC電池生產(chǎn)成本，有幾大工藝方向：
(1)簡化工藝，縮短制程，減少工藝設(shè)備。關(guān)鍵在于減少制備背面PN區(qū)的工序
(2)選用更低成本的非晶硅沉積設(shè)備。比如選用HWCVD或LPCVD，或板式PECVD進一步降本
(3)選用更低成本的TCO膜和靶材。比如選用AZO或其他低成本TCO膜
(4)選用更低成本的金屬電極工藝。比如采用銅電極工藝，或配合微晶工藝采用中高溫銀漿方案
不少研究機構(gòu)和創(chuàng)新企業(yè)，從以上幾大降本方向，提出了若干個低成本HBC電池量產(chǎn)工藝。
1、Tunnel-HBC電池工藝
瑞士電子與微技術(shù)中心CSEM，聯(lián)合設(shè)備廠商Meyer Burger和EPFL，提出了低成本的Tunnel-HBC電池工藝，Voc達到了745mV，電池轉(zhuǎn)換效率高達25.35%。見下圖：
來源：CSEM，EPFL，Meyer Burger Research，2019
Tunnel-HBC電池關(guān)鍵工藝是在背面采用n/i/n+/p+/TCO/Ag結(jié)構(gòu)構(gòu)成隧道結(jié)，在簡化工藝制程的同時，還擁有較高的轉(zhuǎn)換效率。Tunnel-HBC電池工藝主要有以下創(chuàng)新點：
(1)只需要N區(qū)（電子收集區(qū)）圖形化，設(shè)備自帶mask，省略了原掩模工序
(2)P區(qū)（空穴收集區(qū)）直接覆蓋整個背面，不需要對準，省略了原開槽和刻蝕工序
(3)從雙面本征非晶硅到背面兩層摻雜納米晶硅層，可用一個設(shè)備連續(xù)沉積，適合大規(guī)模生產(chǎn)
(4)整個工藝制程大幅縮減到10步，工藝簡潔，生產(chǎn)成本低
(5)只需背面沉積單層且便宜的無銦TCO膜（Al:ZnO）
Tunnel-HBC電池工藝解決了經(jīng)典HBC最復雜的多步非晶硅沉積工藝，非常適合產(chǎn)業(yè)化。但還有若干新問題需要進一步優(yōu)化：
(1)P區(qū)和N區(qū)沒有隔離，為防止短路，空穴收集材料必須具有低橫向電導性能；
(2)使用nc-Si:H(n)/nc-Si:H(p)代替a-Si:H(n)/a-Si:H(p)可以獲得更好的Voc和FF，但沉積nc-Si:H會降低PECVD產(chǎn)能；
(3)自帶mask的PECVD設(shè)備，造價昂貴，且需要適配電池片尺寸變化；尚無國產(chǎn)設(shè)備廠商跟進；
(4)印刷銀漿后采用濕法刻蝕工藝完成TCO膜和電極的隔離，工藝難度大。
2、基于LPCVD的HBC電池工藝
普樂科技（POPSOLAR®）充分結(jié)合了目前成熟且低成本的工藝和設(shè)備，在先進設(shè)備廠商和材料廠商的幫助下，提出了低成本的“基于LPCVD的HBC電池工藝”（簡稱L-HBC），Voc可達730mV以上，電池轉(zhuǎn)換效率高達25%以上。見下圖。
與經(jīng)典HBC電池工藝技術(shù)相比，L-HBC電池工藝的創(chuàng)新在于：
(1)充分利用了成熟的LPCVD摻雜非晶硅工藝和掩膜開槽工藝，來制備背面PN區(qū)（硼摻雜和磷摻雜非晶硅）
(2)用低成本的氧化層沉積工藝替代了本征非晶硅沉積工藝。正面用氧化鋁或氧化硅替代本征非晶硅鈍化膜；背面用超薄隧穿氧化硅替代本征非晶硅層，保持了鈍化接觸能力和高Voc
(3)用LPCVD設(shè)備利用BCl3氣態(tài)源實現(xiàn)了低溫硼摻雜非晶層，摻雜濃度容易控制，且降低了制造成本
(4)制備了摻雜非晶硅和微晶硅的混合結(jié)構(gòu)，保持高Voc和高Jsc的同時，能經(jīng)受較高溫度的工藝
(5)用常規(guī)低成本氮化硅工藝替代了低溫TCO工藝，能承受溫度較高的金屬化工藝，并可采用低成本銀漿方案
(6)采用創(chuàng)新激光燒結(jié)工藝，按圖形局部燒結(jié)出銀電極，不破壞非晶硅/微晶硅結(jié)構(gòu)；避免了常規(guī)高溫燒結(jié)放大硅片內(nèi)部缺陷問題，從而進一步提高轉(zhuǎn)換效率
當然，L-HBC電池工藝面臨著新問題挑戰(zhàn)：1）非晶硅原位摻雜速率需要進一步提高，氫含量和晶化率需要進一步優(yōu)化；2）整線制程要求較高，需要水平較高的工藝團隊和廠務設(shè)施；3）激光燒結(jié)設(shè)備需要進一步完善；4）適配L-HBC電池工藝的中高溫銀漿，需要進一步優(yōu)化。
普樂科技L-HBC電池工藝，整線制程充分兼容了主流低成本成熟工藝，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化；若實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率25.5%和良率95%以上的制程目標，生產(chǎn)成本有望低于主流PERC電池。
此外，L-HBC電池工藝有極強的工藝柔性，1）若增加退火設(shè)備，可兼容更低成本的TOPCon電池工藝和TBC電池工藝；2）若將氮化硅工藝改為TCO工藝，則工藝路線跟經(jīng)典HBC接近，但成本低一些。L-HBC電池生產(chǎn)線能為組件客戶提高更多電池產(chǎn)品選項。
3、極簡HBC電池工藝
成本最低的極簡HBC電池工藝，必然是在制備背面PN區(qū)方面做出了重大創(chuàng)新，采用非掩模非化學沉積工藝完成了背后PN摻雜。那極簡HBC電池工藝是否存在呢？答案是肯定的。
普樂科技（POPSOLAR®）在L-HBC電池工藝基礎(chǔ)上，進一步提出了更簡潔的iHBC電池工藝。iHBC電池工藝采用非掩模非化學沉積工藝完成了電池背面非晶硅層的硼磷摻雜，不僅大幅縮短了工藝流程，大幅降低了設(shè)備投資成本（約2億元/GW），還比PERC電池工藝降低了30%-40%水電氣耗量，銀漿單耗低于PERC電池，從而使得HBC電池在生產(chǎn)成本和商業(yè)價值上有挑戰(zhàn)主流PERC電池的巨大潛力。
（詳細工藝流程，另文待續(xù)…）
五、總結(jié)與展望
本文梳理IBC電池演進到HBC電池的最新發(fā)展脈絡(luò)，總結(jié)如下：
（1）隨著高價值光伏應用市場的蓬勃發(fā)展，既美觀又效率更高IBC電池，越來越受歡迎；阻礙IBC電池發(fā)展的高成本問題，逐漸被新工藝化解，IBC電池已到了規(guī)模發(fā)展的臨界點。
（2）TOPCon和HJT等N型電池設(shè)備和工藝的成熟，帶動了低成本IBC量產(chǎn)工藝的成熟；只要量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率在25%以上，①非硅成本降低到0.3元/瓦以下，②或非硅成本比PERC電池僅高出0.15元/瓦以內(nèi)，③或生產(chǎn)成本比PERC電池低，IBC電池將迎來極佳的發(fā)展期，甚至有機會成為新一代主流晶硅電池。
（3）在業(yè)內(nèi)紛紛從經(jīng)典IBC電池工藝升級到TBC電池工藝的同時，轉(zhuǎn)換效率最高的HBC電池，迎來了新的發(fā)展階段，并出現(xiàn)了多個低成本HBC電池量產(chǎn)工藝路線，有望讓IBC電池技術(shù)路線重現(xiàn)輝煌。
（4）量產(chǎn)HBC電池的最大挑戰(zhàn)，仍然在于如何發(fā)展和選用低成本的非晶硅沉積設(shè)備，來制備背面PN區(qū)；更激進的工藝方案是，采用更低成本的非化學沉積設(shè)備來完成背后PN摻雜。
（5）低成本量產(chǎn)工藝的成熟，不僅讓HBC電池仍保持較高的Voc和轉(zhuǎn)換效率，更重要的是，使得HBC電池在生產(chǎn)成本和商業(yè)價值上有挑戰(zhàn)主流PERC電池的巨大潛力。
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