异质结、TOPCon与IBC，谁会是N型时代的主流技术？

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来源 ： 雪球App ， 作者 ： ReLoader_9b ， （ https://xueqiu.com/8199786568/213916404 ）

表面复合是光伏电池效率的一大因素 ， 随着PERC电池的普及 ， 光伏电池的正表面与背表面均得到了很好的钝化 ， 极大降低了表面复合 。

PERC光伏电池的理论效率极限为24.5% ， 目前其量产效率已经做到了23%以上 ， 效率的进一步提升面临瓶颈 。 且基于P型硅片的电池封装而成的光伏组件衰减较高等缺点也开始暴露 ， 光伏行业已经进入了后PERC时代 。

硅与金属电极接触界面的复合成为了制约光伏电池效率新的重大因素 ， 这就是异质结与TOPCon这两种钝化接触电池技术的发展背景 。

并且N型硅片以及电池组件相较于P型拥有高效率 、 低衰减 、 少子寿命高 、 弱光效应好 、 温度系数低等优点 ， 将N型硅片与异质结 、 TOPCon等下一代光伏电池技术将会是光伏行业未来发展的主要方向 。

这是各个光伏电池技术至今为止的最高效率记录路线图[ 1 ] ， 我们重点关注最具商业化潜力的蓝色标识的Crystalline Si Cells晶硅电池 。

其中由日本Kaneka公司的HBC电池2017年在创下的26.7%效率世界记录被收录到了Silicon heterostructures(HIT)硅异质结电池路线中 ， 以及由德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)的POLO² IBC(TBC)在2018年创下的26.1%效率世界记录被收录到了Single crystal(non-concentrator)非聚光型单晶电池路线中 。

关于TOPCon与POLO的关系可以阅读 我的这篇文章 ， 简单来说POLO(POLy-crystalline Si on Oxide)等同于目前主流的TOPCon技术 ， 本文就不细讲了

HBC与TBC分别为异质结与TOPCon两种钝化接触电池技术与IBC技术相叠加的电池技术 ， 具有更高的效率 ， 这标志着IBC技术与钝化接触电池技术在N型时代有着同样重要的地位 。

CCTC® 3060

异质结与TOPCon ， 两种钝化接触电池技术

HIT/HJT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)具有本征薄层的异质结电池 ， 最早由日本三洋公司在1990年发明 ， 在2015年三洋的专利到期 ， 并且这种技术的光伏电池具有良好的钝化性能 、 以及较高的光电转化效率 ， 因此在我国光伏行业得到了看好与发展 。

TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)隧穿氧化层钝化接触 ， 最早由德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)在2013年提出 ， 这种新技术同样具备良好的钝化性能 、 以及较高的光电转化效率 ， 并且拥有高于异质结电池的理论效率潜力 ， 因此同样在我国光伏行业得到了看好与发展 。

根据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)对光伏电池钝化技术的研究[ 2 ] ， 异质结电池的理论效率潜力为27.5% ， 而POLO²型TOPCon电池的理论效率潜力为28.7% ， 不过因为目前正在量产的TOPCon并非POLO²型 ， 因此两者目前的量产效率并无明显差异均为24.5%左右 。

异质结电池的现状以及未来的发展方向

这是中科院电工所王文静博士在第17届CSPV会议[ 3 ]分享的异质结量产技术进展路线图 ， 目前异质结电池的量产大部分基于HJT1.0技术 ， 我们可以看到HJT1.0电池正面带有TCO导电玻璃 、 N型氢化非晶硅 、 本征氢化非晶硅 ， 中间为N型单晶硅片 ， 背面带有本征氢化非晶硅 、 P型氢化非晶硅以及TCO导电玻璃 。

HJT2.0与HJT3.0的结构大致也是如此 ， HJT2.0正面的N型掺杂氢化非晶硅换成了N型掺杂氢化微晶氧化硅 ， 而HJT3.0背面的P型掺杂氢化非晶硅换成了P型掺杂氢化纳米晶硅 。

氢化非晶硅 、 氢化微晶氧化硅与氢化纳米晶硅等材料均富含氢元素 ， 纯的非晶硅 、 微晶氧化硅与纳米晶硅等因缺陷密度高无法使用必须氢化 ， 氢在其中补偿悬挂链起到填补缺陷增强钝化效果的作用 ， 而氢在高温下会从非晶硅材料中逸出降低钝化效果 ， 因此异质结电池必须使用低温工艺 ， 组件端也是如此 ， 较高的封装温度会导致较高的效率损失 。

并且氢化非晶硅 、 氢化微晶氧化硅与氢化纳米晶硅等材料虽然钝化性能优秀 ， 但其未晶化或者低晶化的较为无序结构 ， 导致载流子传输能力 、 导电性较差 ， 因此需异质结电池须要使用透明且导电性良好的TCO膜对其表面进行最大程度的覆盖 。

由于必须使用低温工艺 ， 因此异质结电池的金属化对浆料也有较高要求 ， 必须使用价格高昂的低温银浆 ， 并且组件端也必须使用低温串焊避免效率损失 。 不过低温工艺有利于电池薄片化 ， 因此目前异质结电池的量产使用较薄的150μm硅片 。

ITO(氧化铟锡)为导电玻璃的一种 ， 目前的异质结电池正面需要973ITO靶材 ， 背面需要9010和973两种ITO靶材组成复合ITO膜 。 由于ITO(氧化铟锡)含稀有金属铟 ， 因此异质结在ITO靶材上花费的成本也是较高的 。

低温银浆高昂的价格以及ITO靶材的成本花费导致异质结电池的非硅成本十分昂贵 ， 约为PERC电池的两倍以上 。 并且异质结电池的生产设备价格同样高昂 ， 《 中国光伏产业发展路线图 》 2021年版[ 4 ]中收录的最低投资额为40万元/MW ， 约为PERC或TOPCon电池生产设备最低投资额的两倍 。

工序方面 ， 异质结电池的大工序 、 工序种类较少 ， 主要工序为清洗制绒 、 PECVD制备双面非晶硅掺杂层 、 PVD制备双面TCO 、 丝印前后电极与烧结 ， 根据各方口径的不同大约为4至6道主要工序 。

但是异质结电池的小工序并不算少 。 异质结电池的复合膜层结构需要多个腔室以及多台设备 ， 可以看到 迈为股份 的最新方案沉积本征以及掺杂氢化非晶硅就需要CVD1-p side i 、 CVD2-in 、 CVD3-p三台PECVD设备 ， 并且PECVD设备之间还需要部署自动化设备 。

从 东方日升 15GW异质结项目的可行性研究报告[ 5 ]的项目拟购置主要生产设备清单一览表中我们同样也可以看出 ， 异质结电池产线需要购置的设备并不算少 ， 关于这一点可以在下文和 中来股份 的J-TOPCon2.0产线设备清单做一下对比 。

总体来说异质结电池成本方面目前并不具备优势 ， 未来会以进一步推进薄片化的发展 ， 并寻求金属化方面的降本方法 、 以及TCO导电玻璃的低成本靶材部分替代来实现降本 。

而在增效方面 ， 隆基股份去年的具有氢化微晶氧化硅 、 氢化非晶硅复合膜层结构的166尺寸异质结电池实现了26.3%的效率记录[ 6 ] ， 需要甚高频VHF-PECVD设备 ， 微晶化的HJT2.0 、 HJT3.0技术会是异质结电池未来的主要发展方向 。

迈为股份 、 金辰股份 已经推出了HJT2.0的微晶PECVD设备 ， 金刚玻璃 、 华晟 新能源 已有HJT2.0电池的产线布局 ， 东方日升 、 爱康科技 等做异质结电池及组件的企业未来新增产能可能也会以带有微晶层的HJT2.0电池为主 。

TOPCon电池的现状

这是 中来股份 的TOPCon1.0电池的结构示意图 ， J-TOPCon2.0电池仅有部分膜层的厚度略有变化 、 基本结构并无变化 ， 因此该图同样适用 ， 我们可以将其称之为TOPCon电池的经典结构 。 可以看到TOPCon电池正面带有氮化硅/ 氧化铝 双层表面钝化减反膜 、 P+型发射极 ， 中间为N型单晶硅片 ， 背面带有隧穿氧化层 、 N+型多晶硅以及氮化硅表面钝化减反膜 。

TOPCon电池正面单晶硅的P+型发射极与背面的N+型掺杂多晶硅均具有良好的载流子传输能力以及导电性能 ， 因此无需TCO膜 。 只需要对金属电极的非接触区域镀表面钝化减反膜 ， 这与PERC电池的表面钝化技术是通用的 。

单晶硅与多晶硅均为晶体硅 ， 不存在非晶硅 、 微晶氧化硅 、 纳米晶硅等材料的缺陷问题 ， 对氢化没有要求也就无需低温工艺 。 因此TOPCon电池的非硅成本与PERC电池差距不大 ， 目前TOPCon电池的量产大多使用165μm硅片 。

成本方面 ， 由于目前N型硅片较P型硅片存在溢价 ， TOPCon电池银耗量与PERC相比仍稍高一些 ， 所以生产成本略高于PERC电池 。

但由于N型电池组件相较于P型具有低衰减 、 少子寿命高 、 弱光效应好 、 温度系数低等优点 ， 同等装机量下N型发电量更高的优势是客观存在的 ， N型组件溢价合理并且会长期存在 。

而随着N型硅片技术的成熟与产能的放量 ， N型硅片与P型硅片的溢价明年可能就将会被抹平 。 在银耗量方面TOPCon厂商们也在持续优化 ， 并会寻求金属化方面的降本方法 、 推进电池的薄片化发展 。

因此考虑到N型组件更高发电率带来的的溢价能力 ， 目前在盈利能力方面TOPCon已经与PERC持平 。 而在多方面降本增效的努力作用下 ， 不久之后N型TOPCon的盈利能力将超过P型PERC电池和组件 。

TOPCon电池目前的多种技术路线

TOPCon的隧穿氧化层+掺杂多晶硅的沉积存在多种工艺路线 ， 隧穿氧化层主要有PECVD 、 PEALD 、 热氧三种工艺方法 ， 掺杂多晶硅主要有PVD 、 LPCVD 、 PECVD三种工艺方法 。 多晶硅也就是Poly-Si ， 掺杂Poly-Si不同工艺的效果差异较大 ， 因此业内讲TOPCon的工艺路线主要就是讲掺杂多晶硅的沉积工艺 。

这是招商证券依据普乐 新能源 (Polar-PV)和中国光伏行业协会(CPIA)的资料总结的TOPCon三种Poly-Si工艺路线流程对比[ 7 ] ， 综合来看PVD工艺最优 。 并且以招商证券依据PVInfoLink的资料总结的多种工艺路线的TOPCon电池的生产工序 ， 相对于LP或PE两种CVD工艺 ， PVD工艺的工序均有减少 。

目前隆基股份 、 晶科能源 等光伏企业的TOPCon电池生产线均采用CVD-Poly工艺的设备 ， 该设备 捷佳伟创 、 拉普拉斯(连城数控子公司) 、 金辰股份 等公司有做 。 采用PVD-Poly工艺的只有 中来股份 一家 ， 设备由中来的子公司杰太光电生产 。

这是山西华阳中来J-TOPCon2.0一期项目的设备购置及安装费清单[ 8 ] ， 采用了中来与他们的参股子公司杰太光电共同开发的POPAID技术方案 ， 低至22万元/MW的设备投资额已被 《 中国光伏产业发展路线图 》 2021年版收录为TOPCon电池产线生产设备的最低投资额 。

J-TOPCon2.0与POPAID技术是中来股份在2020年10月15日发布的技术 ：

与江苏杰太光电技术有限公司合作 ， 利用其独创的线性等离子源技术 ， 共同开发了一套全新的POPAID技术 (Plasma Oxidation & Plasma Assisted Insitu-doping Deposition) ， 等离子氧化及等离子辅助原位掺杂技术 。 POPAID利用链式平台传输载板 ， 能够在不破真空情况下同时完成隧穿氧化层和掺杂非晶硅沉积 ， 真正做到完全无绕镀 。

POPAID装备技术使一台设备可以替代现有管式高温氧化 、 管式LPCVD ， 离子注入去绕镀清洗四道工序的四台设备 ， 量产设备产能达到8000片/小时 。 而基于新一代隧穿氧化层和无绕镀原位掺杂非晶硅沉积的钝化接触技术制造的J-TOPCon2.0电池 ， 其量产平均效率可以实现24%以上 ， 良率达到97%以上 。

以上内容节选自2020年10月15日中来股份在新技术发布时的介绍[ 9 ] 。

而在2021年9月份POPAID与J-TOPCon2.0技术实现了在182尺寸下N型TOPCon电池效率25.4%的世界记录[ 6 ] [ 10 ] ， 并通过了中国计量科学研究院的第三方检测认证 ， 至今仍为非选择性掺杂型大尺寸TOPCon电池的最高效率记录 。

PECVD隧穿氧化+PVD-Poly的POPAID技术在众多方案中独具优势 ， 相较于CVD-Poly方案具有更好的大尺寸兼容性以及更低的综合成本 ， 并且PVD法低温沉积Poly-Si减少了高温工序更有利于TOPCon电池薄片化 ， 详细分析可以参考我的另一篇文章 《 J-TOPCon与POPAID技术的独家优势 》 。

如果时机成熟 ， 杰太光电可能会向其他TOPCon电池厂商出售POPAID设备 ， 届时具备多方面优势的PVD-Poly-TOPCon工艺 、 POPAID技术将会普及 ， 有望成为TOPCon电池的主流生产技术 。

TOPCon电池未来的多种技术路线

天合光能 在2022年3月10日的公告[ 11 ] ， 披露了其团队攻克了选择性硼发射极 、 大面积隧穿氧化硅及掺杂多晶硅制备 、 高效氢钝化技术难题 ； 采用可量产电池装备 ， 在210mm大面积高少子寿命的n型直拉单晶硅片衬底上 ， 实现了大面积210电池最高效率达到25.5% 。

根据该公告披露的内容推测 ， 该电池实现增效的重点应该是选择性硼发射极 ， 也就是用于N型TOPCon电池的SE(Selective Emitter)选择性发射极技术 ， 类似于PERC电池SE的选择性磷发射极 。

德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)曾在2017年实现过25.7%效率的类似的带有选择性硼发射极的N型TOPCon电池[ 12 ] ， 之后又将该电池的效率提升到了25.8%[ 13 ] ， 不过用的并不是商业化尺寸的硅片 ， 因此 天合光能 成功将该选择性硼发射极应用在210尺寸硅片上有着一定的突破性意义 。

但是我们知道 ， 中来股份 在2021年9月份成功实现了25.4%效率的182尺寸N型J-TOPCon2.0电池 ， 而中来的J-TOPCon2.0与TOPCon1.0电池除了部分膜层厚度略有变化之外结构基本相同 ， 我们可以称之为TOPCon电池的经典结构 ， 均不带有选择性掺杂结构 。

天合光能 引入选择性掺杂 、 SE技术的选择性硼发射极TOPCon电池 ， 该电池结构不同于TOPCon电池的经典结构 ， 这会增加工序 、 设备和成本 。 并且与中来25.4%效率的182尺寸经典结构的N型TOPCon电池相比 ， 虽210的尺寸大了一级 ， 仅实现25.5%的效率还是不够理想的 ， 仍有很大进步空间 。

关于SE掺杂的设备 ， 用于PERC电池的SE激光掺杂设备上市公司中主要是 帝尔激光 在做 ， 不过PERC电池的SE是选择性磷发射极 ， 与N型TOPCon电池的SE选择性硼发射极并不相同 ， 用于N型TOPCon电池的SE激光掺杂设备似乎正在研发和测试中[ 14 ] 。

德国哈梅林太阳能研究所(ISFH) ， 在2021年发布的关于丝网印刷工业量产的POLO(TOPCon)电池仿真路线图[ 15 ]提出了更多的TOPCon电池发展方向 ， 包括POLO BJ电池(一种P型背结式TOPCon电池) 、 POLO² BJ电池 、 POLO² IBC(TBC)电池等 ， 并且对多种POLO(TOPCon)电池的量产效果进行了拟真测试 。

我们可以看到P型POLO² IBC(TBC)电池的量产效率可达25.9% ， 之后还可以向N型POLO² IBC(TBC)电池发展并叠加钙钛矿实现效率高达约33%的3T型钙钛矿/N型POLO² IBC(TBC)叠层电池 。

中来股份 在第17届CSPV会议上也公开了其J-TOPCon电池的发展路线图[ 16 ] ， J-TOPCon3.0会在现有的J-TOPCon2.0基础上引入对电池背面POLO结N+型掺杂Poly-Si层电极接触区域的选择性N++型重掺杂 ， 在TOPCon电池背面的POLO结上形成选择性背表面场(Selective-BSF)的结构 ， 将N型TOPCon电池的量产效率提高到25.5%以上 ， 并且会在J-TOPCon2.0技术9道工序基础上为继续减少工序而努力 。

一旦实现了J-TOPCon3.0 ， 其实J-TBC也就近在咫尺了 ， 我们可以注意到这两者的结构在中来n型技术路线图上其实很相似 ， 背面都有选择性掺杂的结构 ， 不同的是J-TBC将J-TOPCon3.0正面的P+型发射极连着电极 “ 搬 ” 到了背面POLO结的Poly-Si掺杂层中 ， 在POLO结中形成局域的发射极(P型正极)与背表面场(N型负极) ， 从而实现了N型POLO² IBC电池也就是N型TBC电池 ， 将N型电池的量产效率提高到26%以上 。 之后还可以用J-TBC电池叠加钙钛矿 ， 也就是图中的J-Tandem ， 实现更高的量产效率 。

可见的是 ， N型POLO² IBC(TBC)电池增效潜力最高 ， 并且可以与钙钛矿组成效率高达33%的3T型叠层电池 ， 因此N型POLO² IBC(TBC)电池可能会是TOPCon电池的最佳发展方向 。 并且 中来股份 的J-TOPCon2.0→J-TOPCon3.0→J-TBC技术路线似乎最具有将其实现的潜力 。

IBC电池的现状以及未来的发展方向

1975年 ， Schwartz首次提出背接触式光伏电池 ， 最初主要应用于聚光系统中 。 经过多年的发展 ， 研发出了交叉指式背接触IBC(Interdigitated Back Contact)光伏电池[ 17 ] 。

IBC太阳电池最显著的特点是PN结和金属接触都处于太阳电池的背部 ， 前表面彻底避免了金属栅线电极的遮挡 ， 结合前表面的金字塔绒面结构和减反层组成的陷光结构 ， 能够最大限度地利用入射光 ， 减少光学损失 ， 具有更高的短路电流 。 同时 ， 背部采用优化的金属栅线电极 ， 降低了串联电阻 。 通常前表面采用SiNx/SiOx双层薄膜 ， 不仅具有减反效果 ， 而且对绒面硅表面有很好的钝化效果 。

1997年 ， 美国SunPower公司与斯坦福大学开发的IBC电池 ， 在1个单位的光照下得到23.2%的转换效率 。 2004年 ， SunPower公司采用点接触和丝网印刷技术研发出第一代大面积(149cm2)的IBC电池A-300 ， 电池效率为21.5% 。 2007年 ， SunPower公司经过对原有A-300 IBC电池工艺的优化和改进 ， 研发出可量产的平均效率22.4%的第二代IBC电池 。 2014年 ， SunPower公司在n型CZ硅片上制备的第三代IBC太阳电池 ， 最高效率达到25.2% 。

SunPower公司Maxeon系列IBC电池舍弃了背面发电特化正面效率 ， 采用带有栅格的大面积铜板覆盖背面[ 18 ] 。 至今SunPower公司Maxeon系列IBC电池已经发展了6代产品 ， 已经可以薄至130μm[ 19 ] ， 似乎还引入了更大尺寸的硅片并且平均量产效率已经做到了24.5%以上[ 20 ] 。

而Maxeon Solar的信息披露显示[ 21 ] ， Maxeon目前正在研发的第7代电池采用N型硅片 ， 背面带有隧穿氧化层以及P型和N型的Poly-Si并采用铜电极 ， 目标效率要做到26%以上 ， 也就是说SunPower公司的第7代Maxeon电池将也会是一种POLO² IBC(TBC)电池 ， 并将推出Maxeon 7产品的时间目标定在了2022年 。

另外据2021Q4的信息披露 ， 第一大股东TotalEnergies SE和第二大股东中环股份分别持有Maxeon Solar Technologies 24.86%和24.38%的股份 。

不同于美国SunPower公司舍弃背面发电的IBC电池 ， 在2017年德国康斯坦茨国际太阳能研究中心(ISC Konstanz)和SERIS 、 NUS等机构合作 ， 利用其ZEBRA双面IBC电池技术 ， 制造出了世界上第一个全尺寸双面IBC光伏组件[ 22 ] 。

国电投黄河水电旗下的西安太阳能电力有限公司与德国康斯坦茨国际太阳能研究中心(ISC Konstanz)开展了合作 ， 在2019年发布了第二代ZEBRA双面IBC电池 ， 采用4主栅设计 ， 将效率提高到了23%以上 ， 双面率可达70%左右[ 23 ] 。

国电投黄河水电似乎接受了ZEBRA电池的技术转让[ 24 ] ， 并融合了独立开发的扩散工艺 、 激光图形化技术 ， 将IBC电池的工序降至了11道 ， 采用低成本丝网印刷方式 ， 设备及原辅材料与P型电池基本一致 ， 大幅度降低设备投资和生产成本 ， 电池最高效率已经做到了25% ， 达到了世界一流水平 。

国电投黄河水电同样在研发TBC电池 ， 图中我们可以看到黄河水电将TBC(TOPCon+IBC)技术的时间节点定在了2022年效率目标为25%以上 ， 目前他们的6BB ZEBRA M6电池的最高效率已经达到了25% ， TBC电池的效率大概率将会超过预期 。

中来股份在2018年6月被国电投黄河水电选中共同成立黄河水电—中来联合创新工作室[ 25 ] ， 并在2019年5月发布了IBC电池技术介绍与产业化探索[ 17 ] ， 详细介绍了IBC电池的技术和发展情况 。

文中还有提到在2018年底 ， 通过对n-PERT电池线的升级改造 ， 中来光电实现了IBC电池的批量生产 ， 年产能约150MW ， 以此实现了对IBC电池组件的出货 。 之后将发展重心调到了TOPCon电池上 ， 以此完成对IBC和TOPCon两种电池的技术积累 ， 发展TBC电池 。

中来股份应该是目前上市公司中唯一一家实现过IBC电池组件出货的光伏企业 ， 可见目前正在量产以及有过量产的IBC电池厂商均选择了叠加TOPCon技术的TBC电池路线 。

其他企业例如天合光能 、 晶澳科技 、 晶科能源等似乎也有对IBC电池的研究不过并没有实际量产 ， 爱旭股份的ABC电池以及隆基股份的HPBC电池产能的建设已经在日程上了 。

关于爱旭股份的ABC和隆基股份的HPBC电池 ， 我在今年1月底发布的文章 《 关于隆基HPBC技术的一些解读 》 中有所讲解 ， 隆基大概率是要先量产P型或N型的IBC电池积累技术经验然后再结合其TOPCon技术发展TBC电池 。

而爱旭股份的步子则迈得有些大了 ， 依据爱旭的电话会议纪要 ， ABC电池的生产工序在20道以上 ， 并且设备投资成本会比异质结电池更高 ， 量产效率为25%~25.5% ， 这个效率大概率叠加了钝化接触技术 ， 考虑到他们的成本这个效率似乎并不算理想 。

由于TBC电池相较于HBC电池对PERC电池产线兼容性更高一些 ， 并且爱旭的大部分产能均为PERC电池 ， 因此我判断他们的ABC电池很有可能是为叠加了TOPCon技术的TBC技术路线 ， 不过爱旭并没有对TOPCon电池的量产经验和技术积累 ， 他们可能会面临较大的技术困难 。

HBC和TBC ， 两种钝化接触IBC电池技术

在2017年日本Kaneka公司IBC叠加异质结钝化接触技术的HJ-IBC(HBC)电池创下了26.7%的效率世界纪录 ， 这是该电池的结构示意图[ 26 ] ， 电池正面带有减反射和非晶硅钝化膜 ， 中间为单晶硅片 ， 背面带有本征非晶硅 、 交错排列的P型或N型非晶硅以及电极 。

HBC电池同样属于异质结电池 ， 因此异质结电池具有的问题HBC也会有 ， 比如非晶硅等材料的氢化 、 低温工艺以及载流子传输能力 、 导电性差等问题 ， 背面也需要TCO导电玻璃对非晶硅等材料较差的导电性进行补偿 。

但是TCO膜导电的物理特性用在HBC电池的背面上就会产生一些问题 ， 导电的TCO膜会让HBC电池的发射极与背场连接并短路 ， 所以必须要使用某种方法把发射极与背场的HBC隔离开来避免短路 ， 但是这样减少了TCO膜的覆盖面积又可能会降低导电性能 、 降低电池转换效率 。

TCO导电玻璃覆盖面积的减少可能会降低电池效率 ， 而覆盖过度则会降低电池的效率 ， TCO导电玻璃的空隙之间还需要表面钝化材料进行填充 ， 诸多问题似乎让HBC电池的增效看起来像个悖论 。

因此王文静博士提出 ， HBC电池不一定是增效技术 ， 但或许是一种降本技术[ 3 ] 。 HBC电池会放弃背面的发电能力 ， 并以降本的形式存在 。

这是德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)在2018年创下26.1%效率世界纪录的P型POLO² IBC(TBC)电池的结构示意图[ 27 ] [ 28 ] ， 正面具有氧化硅/氮化硅/ 氧化铝 三层表面钝化膜 ， 背面具有交错排列的p(i)n POLO结 、 氧化硅表面钝化膜以及金属铝作为电极 。

德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)关于表面钝化与钝化接触的研究[ 2 ]中的表格还展示了多种电子与空穴选择性接触材料组合的理论参数 ， 田字形格的左上角的S₁₀,e&h,max为各个组合的理论最大选择性 ， 右下角的ηe&h,max为各个组合的理论最高效率 ， ηe&h,max可以通过公式由S₁₀,e&h,max计算得出并且成正相关性 ， 关于载流子选择性的概念以及与电池效率的关系原文[ 2 ]中有详细的说明 。 右上角与左下角的fe,max[%]和fh,max[%]是为了实现最高效率电子与空穴选择层理论上所需要的电极接触面积的百分比 ： PERC为56% 、 3.5%总共59.5% ， HIT异质结(红实线框)为76% 、 152%总共224% ， POLO²型TOPCon(红虚线框)为5.6% 、 5.8%总共11.4%或者0.8% 、 5.7%总共6.5% ， 100%相当于需要接触电子或空穴选择层一整个表面 ， 而200%就相当于需要接触两个表面 。 由于IBC 、 HBC 、 TBC电池的电子与空穴选择层都在电池背面 ， 所以将对应组合的fe,max[%]以及fh,max[%]数值之和除以二可以简单估算出这三种电池所需要的电极接触面积 。 用这种方法估算出基于PERC技术的IBC电池需要29.75%的电极接触面积 ， HBC电池需要高达114%的接触面积 ， 而TBC电池只需要5.7%或者3.25%的接触面积 。 这可能也解释了为何HIT异质结电池需要透明导电的TCO膜覆盖表面 ； 以及为何IBC电池背面需要密集的栅线覆盖 ， 并且双面率也只有70%左右 。 POLO²型TOPCon所需要的接触面积极低 ， 这似乎表明TBC电池会在背面的发电能力 、 双面率上具有更大潜力 。

德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)在今年发布的最新研究 [ 29 ] 表明 ， 基于150μm厚度硅片并且带有光子晶体结构的POLO² IBC(TBC)电池效率潜力高达29.1% ， 与晶体硅太阳能电池的理论效率极限29.43%相差无几 。

并且在前文中我们还知道 ， SunPower公司的IBC电池可以做到130μm薄 ， 而未叠加异质结或TOPCon钝化钝化技术的IBC实际上就是基于PERC技术 ， 目前PERC电池的平均厚度仍在170μm左右 ， 这似乎证明了IBC技术有助于电池的薄片化 。

因此TBC电池的量产也很可能会使用130~150μm厚度硅片 ， 从而在薄片化方面赶超异质结电池 ， 这将会在硅片方面节省不少成本 。 并且TBC电池即可以像SunPower公司Maxeon 7电池的方案一样使用金属铜作为电极 ， 也可以像德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)在2018年创下26.1%效率记录的电池一样使用金属铝 。

因此TBC不仅可以增效 ， 还可以实现降本 。 TBC电池兼具高效率 、 高双面率 、 低成本等优点 ， 并且正面完全没有金属栅线外观与常规组件相比更加美观 ， 将会是集中式 、 分布式 、 BIPV等市场均可实现完美适配的光伏电池颠覆性技术 。

泰州中来光电(中来股份子公司)近期获授权的关于TBC电池的实用新型专利的摘要和专利说明书 [ 30 ] 中也有表示 ：

“ 该钝化接触结构能降低金属接触复合及接触电阻 ， 提高电池短路电流 、 双面率及光电转换效率 。 ” “ 而且 ， 该电池的制备工艺无需复杂的激光掺杂及背面光刻掩膜工艺 ， 且该制备工艺能与现有生产线相兼容 ， 成本较低 ， 易于量产化 。 ”

这两项专利 “ 极性相同 ” 是J-TOPCon3.0 ， “ 极性相异 ” 是J-TBC ， “ 极性 ” 在这里是指电池背面钝化接触结构的极性 ， 即P型(正极)或者N型(负极) 。 J-TOPCon3.0以及J-TBC技术均与现有生产线相兼容 ， 也就是说均可以从J-TOPCon2.0产线升级 。

TBC电池作为兼具TOPCon和IBC两者优点的电池技术 ， 只有对TOPCon和IBC两种电池有着足够的技术积累 、 量产经验 、 Know-How以及用户端反馈才能够做好TBC电池 ， 符合该条件的公司寥寥无几 。 中来股份作为国内最早研发和生产N型IBC和N型TOPCon电池的光伏企业 ， 似乎早已抢占了先机 。  

参考文献 ：

[ 1 ] NREL. Best Research-Cell Efficiency Chart

[ 2 ] Schmidt, Jan & Peibst, Robby & Brendel, Rolf. (2018). Surface passivation of crystalline silicon solar cells: Present and future. Solar Energy Materials and Solar Cells. 187. 39-54. 10.1016/j.solmat.2018.06.047.

[ 3 ] 王文静 中科院电工所 华晟 ， 晶体硅太阳电池的技术进展 ， 第17届CSPV会议

[ 4 ] 中国光伏行业协会CPIA ， 《 中国光伏产业发展路线图 》 2021年版

[ 5 ] 东方日升 ： 15GW N型超低碳高效异质结电池片与15GW高效太阳能组件项目可行性研究报告 ， 2022年1月29日

[ 6 ] Wenzhong SHEN, Yixin ZHAO, Feng LIU. Highlights of mainstream solar cell efficiencies in 2021.

[ 7 ] 招商证券 ： 光伏系列报告 （ 44 ） TOPCon 开始规模应用 ， 优势企业可能提前开始收获

[ 8 ] 中来股份 ： 苏州中来光伏新材股份有限公司创业板向特定对象发行A股股票募集说明书 （ 申报稿 ） ， 2021年11月9日

[ 9 ] 中来股份 ： 中来股份发布最新J-TOPCon 2.0 电池技术 ； 高而不贵 、 两全齐美 ， 剖析中来J-TOPCon 2.0技术关键突破 ， 2020年10月15日

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作者：ReLoader_9b 链接：https://xueqiu.com/8199786568/213916404 来源：雪球

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