IBC（Interdigitated back contact指交叉背接觸）電池，是指電池正麵無電極，正負兩極金屬柵線呈指狀交叉排列於電池背麵。IBC電池最大的特點是PN結和金屬接觸都處於電池的背麵，正麵沒有金屬電極遮擋的影響因此具有更高的短路電流Jsc，同時背麵可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯電阻Rs從而提高填充因子FF；加上電池前表麵場（Front Surface Field
，FSF）以(yi)及(ji)良(liang)好(hao)鈍(dun)化(hua)作(zuo)用(yong)帶(dai)來(lai)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)增(zeng)益(yi)，使(shi)得(de)這(zhe)種(zhong)正(zheng)麵(mian)無(wu)遮(zhe)擋(dang)的(de)電(dian)池(chi)不(bu)僅(jin)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)高(gao)，而(er)且(qie)看(kan)上(shang)去(qu)更(geng)美(mei)觀(guan)，同(tong)時(shi)，全(quan)背(bei)電(dian)極(ji)的(de)組(zu)件(jian)更(geng)易(yi)於(yu)裝(zhuang)配(pei)。IBC電池是目前實現高效晶體矽電池的技術方向之一。

　　

IBC電池的概念最早於1975年由Lammert和Schwartz提出，最初應用於高聚光係統中。經過近四十年的發展，IBC電池在一個太陽標準測試條件下的轉換效率已達到25%，遠遠超過其它所有的單結晶矽太陽電池。表一中列出了近幾年IBC電池技術的研究進展。美國的SunPower公司是產業化IBC電池技術的領導者
，他們已經研發了三代IBC電池
，最新的MaxeonGen3電池應用145um厚度的N型CZ矽片襯底，最高效率已達25%。

　　

SunPower目前擁有年產能為100MW的第三代（Gen3）電池生產線
，並且還有年產能350MW的生產線在建。2014年該線生產的電池平均效率已高達23.62%，其中Voc高達724mV，Jsc達40.16mA/cm2，FF達81.5%
，電池的溫度係數低至-0.30%/℃
，采用IBC電池的光伏組件效率超過21%。

　　

在IBC結構上，SunPower公司的研發遙遙領先，其它研究成果如德國FraunhoferISE的23%，ISFH的23.1%，IMEC的23.3%等等。最近
，日本的研發人員將IBC與異質結（HJ）技術相結合
，在2014年將晶體矽電池的效率突破到25%以上。其中日本Sharp和Panasonic公司將IBC與HJ技術結合在一起，研發的晶矽多結電池效率分別達到25.1%和25.6%。

　　

在中國，隨著光伏產業規模的持續擴大，越來越多的光伏企業對IBC電池技術的研發進行投入
，如天合、晶澳
、海潤等。2013年，海潤光伏報導了研發的IBC電池效率達到19.6%。2011年，天合光能與新加坡太陽能研究所及澳大利亞國立大學建立合作研究開發低成本可產業化的IBC電池技術和工藝。

　　

2012年，天合光能承擔國家863計劃“效率20%以上低成本晶體矽電池產業化成套關鍵技術研究及示範生產線”，展開了對IBC電池技術的係統研發。經過科研人員的不懈努力，2014年
，澳大利亞國立大學（ANU）與常州天合光能有限公司合作研發的小麵積IBC電池效率達24.4%，創下了當時IBC結構的電池效率的世界紀錄。

　　

同年，由常州天合光能光伏科學與技術國家重點實驗室獨立研發的6英寸大麵積IBC電池效率已達22.9%，成為了6英寸IBC電池的最高轉換效率。同時，天合光能依托國家863項目建成中試生產線
，進入2015年後
，天合光能科研人員采用最新開發的工藝，在中試生產線做出了平均22.8%，最高23.15%（內部測試）的結果，大部分電池效率在22%以上，如圖1所示，達到了目前工業級6英寸晶體矽電池效率的最高水平（SunPower電池均為5英寸）。

 

表一 IBC電池技術的研究進展

 

圖1 天合光能最新產業化IBC電池效率分布圖

 

　　

IBC電池的常見結構如圖2所示。在高壽命的N型矽片襯底的背麵形成相間的P+和N+擴散區
，前表麵製備金字塔狀絨麵來增強光的吸收
，同時在前表麵形成前表麵場（FSF）。前表麵多采用SiNx的疊層鈍化減反膜，背麵采用SiO2、AlOx、SiNx等鈍化層或疊層。最後在背麵選擇性地形成P和N的金屬接觸。

 

圖2 IBC電池的結構圖

　　

2.1 擴散區的定義及形成

　　

較之傳統太陽電池
，IBC電池的工藝流程要複雜得多。IBC電池工藝的關鍵問題
，是如何在電池背麵製備出呈叉指狀間隔排列的P區和N區
，以及在其上麵分別形成金屬化接觸和柵線。對擴散而言，爐管擴散是目前應用最廣泛的方法。普通太陽電池的擴散隻需在P型襯底上形成N型的擴散區，而IBC電池既有形成背麵N區（BSF）的磷擴散，還有形成PN結的硼擴散

，即在N型襯底上進行P型摻雜。

　　

changjiandedingyuchanzadefangfabaokuoyanmofa
，keyitongguoguangkedefangfazaiyanmoshangxingchengxuyaodetuxing，zhezhongfangfadechengbengao，bushihedaguimoshengchan。xiangduidichengbendefangfayoutongguosiwangyinshuakeshijiangliaohuozhezudangxingjiangliaolaikeshihuozhedangzhubuxuyaokeshidebufenyanmo，congerxingchengxuyaodetuxing。zhezhongfangfaxuyaoliangbudandudekuosanguochenglaifenbiexingchengP型區和N型區。

　　

另外

，還可以直接在掩膜中摻入所需要摻雜的雜質源（硼或磷源）
，一(yi)般(ban)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)化(hua)學(xue)氣(qi)相(xiang)沉(chen)積(ji)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)形(xing)成(cheng)摻(chan)雜(za)的(de)掩(yan)膜(mo)層(ceng)。這(zhe)樣(yang)在(zai)後(hou)續(xu)就(jiu)隻(zhi)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)高(gao)溫(wen)將(jiang)雜(za)質(zhi)源(yuan)擴(kuo)散(san)到(dao)矽(gui)片(pian)內(nei)部(bu)即(ji)可(ke)，從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)一(yi)步(bu)高(gao)溫(wen)過(guo)程(cheng)。

　　

另外

，也可在電池背麵印刷一層含硼的叉指狀擴散掩蔽層，掩蔽層上的硼經擴散後進入N型襯底形成P+區，而未印刷掩膜層的區域，經磷擴散後形成N+區qu。不bu過guo，絲si網wang印yin刷shua方fang法fa本ben身shen的de局ju限xian性xing
，如ru對dui準zhun的de精jing度du問wen題ti，印yin刷shua重zhong複fu性xing問wen題ti等deng，給gei電dian池chi結jie構gou設she計ji提ti出chu了le一yi定ding的de要yao求qiu
，在zai一yi定ding的de參can數shu條tiao件jian下xia
，較jiao小xiao的dePN間距和金屬接觸麵積能帶來電池效率的提升
，因此，絲網印刷的方法
，需在工藝重複可靠性和電池效率之間找到平衡點。

　　

激光是解決絲網印刷局限性的一條途徑。無論是間接刻蝕掩膜（利用激光的高能量使局部固體矽升華成為氣相
，從而使附著在該部分矽上的薄膜脫落），還是直接刻蝕（如SiNx吸收紫外激光能量而被刻蝕）
，激光的方法都可以得到比絲網印刷更加細小的電池單位結構，更小的金屬接觸開孔和更靈活的設計。

　　

需要留意的是激光加工帶來的矽片損傷，以及對接觸電阻的影響；另外

，精準對位是激光設備的必要條件，如果不采用Scanner方式的激光頭，其加工時間往往較長
，平均每片電池片的激光加工需耗時幾分鍾到十幾分鍾，生產效率低，目前隻適合研發應用。

　　

近(jin)年(nian)來(lai)，不(bu)斷(duan)有(you)從(cong)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)業(ye)轉(zhuan)移(yi)到(dao)光(guang)伏(fu)工(gong)業(ye)的(de)技(ji)術(shu)，離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)就(jiu)是(shi)其(qi)中(zhong)之(zhi)一(yi)。離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)的(de)最(zui)大(da)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)以(yi)精(jing)確(que)地(di)控(kong)製(zhi)摻(chan)雜(za)濃(nong)度(du)
，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)了(le)爐(lu)管(guan)擴(kuo)散(san)中(zhong)存(cun)在(zai)的(de)擴(kuo)散(san)死(si)層(ceng)（高濃度的擴散雜質與矽的晶格失配以及未激活的雜質引起的晶格缺陷使得擴散層表麵載流子壽命極低）。

　　

2011年，Suniva首先開發了離子注入太陽電池技術，實現了P型單晶電池>18.6%的轉換效率並將其推向商業化生產。當然
，離子注入技術也可以被應用到IBC電池的製備中。同樣，通過掩膜可以形成選擇性的離子注入摻雜。

　　

離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)後(hou)，需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)一(yi)步(bu)高(gao)溫(wen)退(tui)火(huo)過(guo)程(cheng)來(lai)將(jiang)雜(za)質(zhi)激(ji)活(huo)並(bing)推(tui)進(jin)到(dao)矽(gui)片(pian)內(nei)部(bu)，同(tong)時(shi)修(xiu)複(fu)由(you)於(yu)高(gao)能(neng)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)矽(gui)片(pian)表(biao)麵(mian)晶(jing)格(ge)損(sun)傷(shang)。博(bo)世(shi)和(he)三(san)星(xing)都(dou)成(cheng)功(gong)將(jiang)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)技(ji)術(shu)運(yun)用(yong)到(dao)IBC電池中
，實現了22.1%和22.4%的轉換效率。當然，離子注入技術的量產化導入
，設備和運行成本是考量的關鍵。

　　

2.2 陷光與表麵鈍化技術

　　

對於晶體矽太陽電池
，前表麵的光學特性和複合至關重要。對於IBC高效電池而言，更好的光學損失分析和光學減反設計顯得尤其重要。McIntosh等人采用橢偏儀
、量子相應測試與數值模擬相結合的方法
，定量的確定了IBC電池的光學損失，包括前表麵發射、減反膜寄生吸收、長波段不完美光陷阱
、自由載流子吸收的影響等
，如圖3所示。

 

圖3 IBC電池單層膜（a
，c）及多層膜（b，d）的光學損失分布圖

 

在電學方麵，和常規電池相比
，IBC電(dian)池(chi)的(de)性(xing)能(neng)受(shou)前(qian)表(biao)麵(mian)的(de)影(ying)響(xiang)更(geng)大(da)，因(yin)為(wei)大(da)部(bu)分(fen)的(de)光(guang)生(sheng)載(zai)流(liu)子(zi)在(zai)入(ru)射(she)麵(mian)產(chan)生(sheng)，而(er)這(zhe)些(xie)載(zai)流(liu)子(zi)需(xu)要(yao)從(cong)前(qian)表(biao)麵(mian)流(liu)動(dong)到(dao)電(dian)池(chi)背(bei)麵(mian)直(zhi)到(dao)接(jie)觸(chu)電(dian)極(ji)
，因(yin)此(ci)
，需(xu)要(yao)更(geng)好(hao)的(de)表(biao)麵(mian)鈍(dun)化(hua)來(lai)減(jian)少(shao)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)複(fu)合(he)。

　　

weilejiangdizailiuzidefuhe
，xuyaoduidianchibiaomianjinxingdunhua，biaomiandunhuakeyijiangdibiaomiantaimidu
，tongchangyouhuaxuedunhuahechangdunhuadefangshi。huaxuedunhuazhongyingyongjiaoduodeshiqingdunhua
，biruSiNx薄膜中的H鍵，在熱的作用下進入矽中，中和表麵的懸掛鍵
，鈍化缺陷。

　　

場鈍化是利用薄膜中的固定正電荷或負電荷對少數載流子的屏蔽作用，比如帶正電的SiNx薄膜
，會吸引帶負電的電子到達界麵，在N型矽中，少數載流子是空穴，薄膜中的正電荷對空穴具有排斥作用，從而阻止了空穴到達表麵而被複合。

　　

因此，帶正電的薄膜如SiNx較適合用於IBC電池的N型矽前表麵的鈍化。而對於電池背表麵，由於同時有P，N兩種擴散
，理想的鈍化膜則是能同時鈍化P，N兩種擴散界麵
，二氧化矽是一個較理想的選擇。如果背麵Emitter/P+矽占的比例較大，帶負電的薄膜如AlOx也是一個不錯的選擇。

　　

2.3 金屬化接觸和柵線

　　

IBC電池的柵線都在背麵


，不需要考慮遮光

，所以可以更加靈活地設計柵線，降低串聯電阻。但是，由於IBCdianchidezhengbiaomianmeiyoujinshuzhaxiandezhedang
，dianliumidujiaoda，zaibeimiandejiechuhezhaxianshangdewaibuchuanliandianzusunshiyejiaoda。jinshujiechuqudefuhetongchangdoujiaoda，suoyizaiyidingfanweinei（接觸電阻損失足夠小）接觸區的比例越小，複合就越少，從而導致Voc越高。

　　

因此
，IBC電池的金屬化之前一般要涉及到打開接觸孔/線的步驟。另外，N和P的接觸孔區需要與各自的擴散區對準，否則會造成電池漏電失效。與形成交替相間的擴散區的方法相同，可以通過絲網印刷刻蝕漿料、濕法刻蝕或者激光等方法來將接觸區的鈍化膜去除

，形成接觸區。

　　

另外，蒸鍍和電鍍也被應用於高效電池的金屬化。ANU的24.4%的IBC電池即采用蒸鍍Al的方法來形成金屬接觸。而SunPower更是采用電鍍Cu來lai形xing成cheng電dian極ji。由you於yu金jin屬shu漿jiang料liao一yi般ban含han有you貴gui金jin屬shu銀yin
，不bu但dan成cheng本ben高gao
，且qie銀yin的de自zi然ran資zi源yuan遠yuan不bu如ru其qi他ta金jin屬shu豐feng富fu，雖sui然ran目mu前qian還hai不bu至zhi於yu成cheng為wei太tai陽yang電dian池chi產chan業ye發fa展zhan的de瓶ping頸jing
，但dan尋xun找zhao更geng低di廉lian
、性能更優異的金屬化手段也是太陽電池的一大研究熱點。

　　

　　

采用IBC與HJ技術結合的HIBC技術可以使電池效率進一步提升，其結構如圖4所示，在矽片表麵同時采用本征的非晶矽進行表麵鈍化，在背麵分別采用N型和P型的非晶矽薄膜形成異質結。其優點是利用非晶矽優越的表麵鈍化性能，並結合IBC結構沒有金屬遮擋的結構優點
，采用相同的器件結構，日本鬆下和夏普公司目前取得了25.6%和25.1%的電池效率，這將成為未來IBC電池的重要方向。

 

圖4 IBC-HJ電池截麵示意圖

　　

　　

高效率是IBC電池最大的特點
，也是研究者們追求的最大目標。目前多家科研單位已經分別實現了23%的高效IBC電池的製備
，並且將開路電壓提升到700mV以上，有效降低了電池的溫度係數，使得IBC電池與常規電池相比具有更加優越的實際發電能力。但是，目前IBC電池使用的N型矽片成本較高
，電池製備過程中需要多步摻雜等複雜的工藝
，使得其製造成本較高
，製約了IBC電池的大規模應用。

　　

IBC電池技術門檻高

，成本和售價高，2014年僅有美國SunPower公司持有1.2GW的IBC電池年產能
，包括年產能100MW的第三代高效IBC電池生產線。但隨著中國一線光伏製造商如天合光能的進入，以及新型工藝和新型材料的開發
，IBC電池將沿著提高電池轉換效率，降低電池製造成本的方向，繼續向前發展。我們預測，IBC太陽電池的商業化應用和推廣，有著廣泛的前景。