XBC電池制備難題解決！BC電池激光開槽新技術

XBC（Back Contact）指的是背接觸電池，將正面的金屬柵線放到電池背面減少陽光遮擋而提高轉換效率，其優勢是轉化效率高，短路電流大、填充因子高，并且比較美觀，但缺點是制造流程太復雜、成本較高。XBC技術已成為當前光伏產業的熱門話題。

12月24-25日舉辦的2024年度光伏產業技術創新大會將圍繞創新降本、提質增效主題，探討當前XBC電池技術的進展創新成果，展望未來提升性能的方向。

激光開槽技術有效解決XBC電池制備難題

IBC電池可與HJT、TOPCon、鈣鈦礦等多種電池疊加，效率提升潛力大。IBC電池可與多種不同電池技術疊加，形成不同工藝路線，包括：1）以SunPower為代表的經典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，業內更看好低成本的同源技術TBC電池工藝（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-HJT）；4）與鈣鈦礦疊加形成PSC IBC疊層電池工藝。

IBC電池的PN結及電極均位于背面，結構優化效率優勢明顯。IBC（Interdigitated back contact）電池，即背接觸型太陽能電池，將P/N結、基底與發射區的接觸電極以交叉指形狀做在電池背面。IBC電池的結構性優勢有：①正面遮光面積為零；②正面沒有柵線，沒有接觸復合和絨面結構大小的限制，表面陷光效應和鈍化效果可以達到最優化；③增加電池在組件中的排列密度。因此，IBC從結構上打破傳統晶硅電池的結構限制，為提高電池效率提供較大空間。

目前激光開槽技術在XBC電池上的應用主要為①刻蝕掩膜、制備PN區交叉指結構，也可以用于②PN區隔離；③鈍化膜開槽。

激光開槽工藝可以低成本地制備PN區結構。IBC電池工藝的關鍵問題在于制備呈叉指狀間隔排列的P區和N區、制備更好的表面鈍化層和金屬化。對應的是目前IBC的劣勢，如需要多步打掩膜的步驟，制程更加復雜；PN電極之間有漏電風險。通過激光刻蝕，可以繞過掩膜，更低成本地制備PN區；更靈活準確地去除鈍化膜形成金屬化的接觸區。

如何在電池背面制作交叉指式的PN區是IBC電池的工藝難點。目前，PN結制備的主要方法為絲網印刷與光刻法。光刻可在掩膜上形成需要的圖形，但成本較高，不適合大規模生產。絲網印刷可以直接印刷刻蝕漿料進行刻蝕掩膜，或印刷阻擋型漿料來擋住部分掩膜，形成需要的圖形，擴散形成多個N區、P區即得叉指狀PN區；也可以直接在掩膜中摻入所需要的硼或者磷，節省一步高溫過程。絲網印刷存在對準精度、印刷重復性等問題，因此需要在工藝重復可靠性與電池效率之間找到平衡點。

IBC電池的制備過程中，激光開槽可以用于制備PN結環節的掩膜消融，是解決絲網印刷局限性的一種途徑。其原理是利用激光的高能量，采用極短脈沖，使物質瞬間被汽化，可精確地控制作用深度。無論是間接刻蝕掩膜，還是直接刻蝕，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。工藝的劣勢是激光加工帶來的硅片損傷，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，因此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鐘到十幾分鐘，生產效率較低。

激光開槽也可以應用于XBC電池PN區分離。為防止短路，XBC電池背面的P區和N區之間往往需要隔離，PN區隔離有多種方式，可以利用未進行摻雜的非晶硅避免P型摻雜區和N型摻雜區直接相通，也可以在P型摻雜區和N型摻雜區進行激光開槽進行隔離。根據專利之星，目前普樂新能源的IBC電池、愛旭股份的HBC電池制備均選用激光開槽方式隔離PN區。

此外，激光開槽也可以應用于IBC、TBC等電池鈍化膜形成后、金屬化開始前的接觸結構刻蝕環節。激光開槽鈍化膜的目的是，在N型單晶硅片背面的鈍化層上進行激光開窗，并將電極從N區和P區上引出來，進行金屬化。背鈍化電池中的背鈍化膜層一般由氧化鋁和氮化硅、氧化鋁和氧化硅或摻雜多晶硅和氧化硅組成，一般的氧化鋁厚度為5-20nm，氮化硅厚度范圍為70-220nm，常見的氧化鋁厚度在10nm，氮化硅厚度在70-100nm時，背鈍化膜呈淡藍色，為進一步改善表面鈍化效果，部分廠家增加拋光工藝，使得背鈍化膜對可見光波段的光反射率高于其它波段。

IBC電池接觸區刻蝕的難點在于克服電阻損失，保證電流電池效率，防止漏電情況。在金屬化環節，由于IBC電池的正表面沒有金屬柵線的遮擋，電流密度較大，在背面的接觸和柵線上的外部串聯電阻損失也較大。金屬接觸區的復合通常都較大，所以在一定范圍內接觸區的比例越小，復合就越少，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。

激光開槽可以同時保證較低的接觸電阻、較高的電池效率與較好的鈍化效果。由于通過激光消融方式開槽，漿料可以利用低溫燒結即可實現柵線與P型/N型摻雜多晶硅良好的歐姆接觸，在保證較低接觸電阻的同時，減少柵線區域的金屬誘導復合，提高電池效率，且避免了高溫燒結漿料對P型/N型摻雜多晶硅具有破壞性而導致柵線區域金屬誘導復合隨溫度升高而降低電池效率的問題；同時，也避免高溫燒結漿料對隧穿氧化層產生破壞，確保電池的鈍化效果。

（文章來源：北極星光伏研學社）