1.IBC電池概述及研究進展

IBC(Interdigitated back contact指交叉背接觸)電池，是指電池正面無電極，正負兩極金屬柵線呈指狀交叉排列于電池背面。IBC電池最大的特點是PN結和金屬接觸都處于電池的背面，正面沒有金屬電極遮擋的影響因此具有更高的短路電流Jsc，同時背面可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯(lián)電阻Rs從而提高填充因子FF;加上電池前表面場(Front Surface Field，F(xiàn)SF)以及良好鈍化作用帶來的開路電壓增益，使得這種正面無遮擋的電池不僅轉換效率高，而且看上去更美觀，同時，全背電極的組件更易于裝配。IBC電池是目前實現(xiàn)高效晶體硅電池的技術方向之一。

IBC電池的概念最早于1975年由Lammert和Schwartz提出，最初應用于高聚光系統(tǒng)中。經(jīng)過近四十年的發(fā)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硅太陽電池。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(chǎn)業(yè)化IBC電池技術的領導者，他們已經(jīng)研發(fā)了三代IBC電池，最新的MaxeonGen3電池應用145um厚度的N型CZ硅片襯底，最高效率已達25%。

SunPower目前擁有年產(chǎn)能為100MW的第三代(Gen3)電池生產(chǎn)線，并且還有年產(chǎn)能350MW的生產(chǎn)線在建。2014年該線生產(chǎn)的電池平均效率已高達23.62%，其中Voc高達724mV，Jsc達40.16mA/cm2，F(xiàn)F達81.5%，電池的溫度系數(shù)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(fā)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(fā)人員將IBC與異質結(HJ)技術相結合，在2014年將晶體硅電池的效率突破到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(fā)的晶硅多結電池效率分別達到25.1%和25.6%。

在中國，隨著光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴大，越來越多的光伏企業(yè)對IBC電池技術的研發(fā)進行投入，如天合、晶澳、海潤等。2013年，海潤光伏報導了研發(fā)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(fā)低成本可產(chǎn)業(yè)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%以上低成本晶體硅電池產(chǎn)業(yè)化成套關鍵技術研究及示范生產(chǎn)線”，展開了對IBC電池技術的系統(tǒng)研發(fā)。經(jīng)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(fā)的小面積IBC電池效率達24.4%，創(chuàng)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(fā)的6英寸大面積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(chǎn)線，進入2015年后，天合光能科研人員采用最新開發(fā)的工藝，在中試生產(chǎn)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(yè)級6英寸晶體硅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(chǎn)業(yè)化IBC電池效率分布圖

2.IBC電池結構及工藝技術

IBC電池的常見結構如圖2所示。在高壽命的N型硅片襯底的背面形成相間的P+和N+擴散區(qū)，前表面制備金字塔狀絨面來增強光的吸收，同時在前表面形成前表面場(FSF)。前表面多采用SiNx的疊層鈍化減反膜，背面采用SiO2、AlOx、SiNx等鈍化層或疊層。最后在背面選擇性地形成P和N的金屬接觸。

圖2 IBC電池的結構圖