(报告出品方/作者:广发证券,代川、朱宇航)
一、多种技术争奇斗艳,IBC有望成为新的平台型技术
硅基光伏电池历经三代变化,新的技术不断涌现推动光伏发电的性价比不断上升。光伏电池早期以BSF(AluminiumBackSurfaceField,铝背场电池)为主要技术路线,该电池技术于年提出,其特点是采用铝背场钝化技术,理论转换效率上限约为20%;随着光伏产业对于发电效率的不懈追求以及PERC(PassivatedEmitterandRearContact,发射极钝化和背面接触)技术的成熟,成本不断下降,光伏电池转向以PERC技术为主,该技术于年提出,其特点是采用氧化铝局部钝化技术,相较于BSF电池技术,PERC技术钝化效果更优,将电池的极限效率提升至23%左右。
随着PERC技术的成熟与不断挖潜,逐步逼近其转换效率的理论极限,业界开始寻求下一代技术,目前推进中的主流技术有TOPCon(Tunneloxidepassivatedcontact,隧穿氧化层钝化接触)、HJT(HeterojunctionwithIntrinsicThinfilm,异质结)和IBC(Interdigitatedbackcontact,交叉背接触)等。TOPCon和HJT一般为采用了钝化接触技术的N型电池(也有技术采用P型硅片),不同点在于HJT是异质结类型的电池,是具有颠覆性的技术,对新进入厂商相对有利,TOPCon仍然是同质结电池,对存量的产线和技术积累较为友好,对行业内现有玩家较为有利。
IBC的提效降本则是另外一种思路,与TOPCon、HJT采用新的钝化接触结构来提高钝化效果从而提高转换效率的思路不同,IBC则是将电池正面的电极栅线全部转移到电池背面,通过减少栅线对阳光的遮挡来提高转换效率,主要通过结构的改变来提高转换效率,是一种较为纯粹的单面电池,这种结构可以与PERC、TOPCon、HJT、钙钛矿等多种技术叠加,因此有望成为新一代的平台型技术,与TOPCon技术的叠加被称为“TBC”电池,而与HJT技术的叠加则被称为“HBC”电池。
IBC电池技术是指一种背结背接触的太阳电池结构,其正负金属电极呈叉指状方式排列在电池背光面。由于对少子寿命的要求较高,IBC电池一般以N型硅片作为基底,前表面为N+前场区FSF,利用场钝化效应降低表面少子浓度,从而降低表面复合速率,同时还可以降低串联电阻,提升电子传输能力;背表面为采用扩散方式形成的叉指状排列的P+发射极和N++背场BSF,发射极能够与N型硅基底形成p-n结,有效分流载流子,n+背表面场区能够与n型硅形成高低结,增强载流子的分离能力,是IBC电池的核心技术;前后表面均采用SiO2/SiNx叠层膜作为钝化膜,抑制IBC太阳电池背表面的载流子复合;前表面常上减射层,提高发电效率;金属接触部分全都在背面的正负电极接触区域,也呈叉指状排列。
BC技术由SunPower提出,SunPower已成立36年,累计出货35亿片IBC电池片,拥有多个晶硅电池专利。年,Schwartz和Lammert首提背接触式光伏电池概念;年,斯坦福教授Swanson研发了IBC类似的点接触(PointContactCell,PCC)太阳电池,在聚光系统下转换效率19.7%;年Swanson教授创立SunPower,研发IBC电池;年,SunPower全背接触电池帮助本田赢得澳洲太阳能汽车挑战赛冠军;年,SunPower菲律宾工厂(25MW产能)规模量产第一代IBC电池,转换效率最高21.5%,组件价格5-6美金/瓦。
虽然距离SunPower推出第一代IBC电池已经相当时间,但是初代电池奠定了该种电池技术路线基本的电池结构和工艺框架:(1)前表面无栅线遮挡。电池前表面采用陷光绒面,且无栅线遮挡,避免了金属电极遮光损失,最大化吸收入射光子,实现良好的短路电流;(2)背面为P区和N区的叉指状间隔排列。电池背面制备呈叉指状间隔排列的p+区和n+区,以及在其上面分别形成金属化接触和栅线,由于消除了前表面发射极,前表面复合损失减少;(3)一般采用较高质量的N型硅片。由于前表面远离背面p-n结,为了抑制前表面复合,需要更好的前表面钝化方案,同时需要具有长扩散长度的高质量硅片(如N型硅片),以降低少数载流子在到达背结之前的复合;(4)与钝化接触技术相结合来提高电池性能。采用钝化接触或减少接触面积,大幅减少背面p+区和n+区与金属电极的接触复合损失;(5)增加前表面场FSF。利用前表面场FSF的场钝化效应降低表面少子浓度,降低表面复合速率的同时还可以降低串联电阻,提升电子传输能力。
从SunPower