XBC电池制备难题解决！BC电池激光开槽新技术

XBC（Back Contact）指的是背接触电池，将正面的金属栅线放到电池背面减少阳光遮挡而提高转换效率，其优势是转化效率高，短路电流大、填充因子高，并且比较美观，但缺点是制造流程太复杂、成本较高。XBC技术已成为当前光伏产业的热门话题。

12月24-25日举办的2024年度光伏产业技术创新大会将围绕创新降本、提质增效主题，探讨当前XBC电池技术的进展创新成果，展望未来提升性能的方向。

激光开槽技术有效解决XBC电池制备难题

IBC电池可与HJT、TOPCon、钙钛矿等多种电池叠加，效率提升潜力大。IBC电池可与多种不同电池技术叠加，形成不同工艺路线，包括：1）以SunPower为代表的经典IBC电池工艺；2）以ISFH为代表的POLO-IBC电池工艺，由于POLO-IBC工艺复杂，业内更看好低成本的同源技术TBC电池工艺（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka为代表的HBC电池工艺（IBC-HJT）；4）与钙钛矿叠加形成PSC IBC叠层电池工艺。

IBC电池的PN结及电极均位于背面，结构优化效率优势明显。IBC（Interdigitated back contact）电池，即背接触型太阳能电池，将P/N结、基底与发射区的接触电极以交叉指形状做在电池背面。IBC电池的结构性优势有：①正面遮光面积为零；②正面没有栅线，没有接触复合和绒面结构大小的限制，表面陷光效应和钝化效果可以达到最优化；③增加电池在组件中的排列密度。因此，IBC从结构上打破传统晶硅电池的结构限制，为提高电池效率提供较大空间。

目前激光开槽技术在XBC电池上的应用主要为①刻蚀掩膜、制备PN区交叉指结构，也可以用于②PN区隔离；③钝化膜开槽。

激光开槽工艺可以低成本地制备PN区结构。IBC电池工艺的关键问题在于制备呈叉指状间隔排列的P区和N区、制备更好的表面钝化层和金属化。对应的是目前IBC的劣势，如需要多步打掩膜的步骤，制程更加复杂；PN电极之间有漏电风险。通过激光刻蚀，可以绕过掩膜，更低成本地制备PN区；更灵活准确地去除钝化膜形成金属化的接触区。

如何在电池背面制作交叉指式的PN区是IBC电池的工艺难点。目前，PN结制备的主要方法为丝网印刷与光刻法。光刻可在掩膜上形成需要的图形，但成本较高，不适合大规模生产。丝网印刷可以直接印刷刻蚀浆料进行刻蚀掩膜，或印刷阻挡型浆料来挡住部分掩膜，形成需要的图形，扩散形成多个N区、P区即得叉指状PN区；也可以直接在掩膜中掺入所需要的硼或者磷，节省一步高温过程。丝网印刷存在对准精度、印刷重复性等问题，因此需要在工艺重复可靠性与电池效率之间找到平衡点。

IBC电池的制备过程中，激光开槽可以用于制备PN结环节的掩膜消融，是解决丝网印刷局限性的一种途径。其原理是利用激光的高能量，采用极短脉冲，使物质瞬间被汽化，可精确地控制作用深度。无论是间接刻蚀掩膜，还是直接刻蚀，激光的方法都可以得到比丝网印刷更加细小的电池单位结构，更小的金属接触开孔和更灵活的设计。工艺的劣势是激光加工带来的硅片损伤，以及对接触电阻的影响；另外，精准对位是激光设备的必要条件，因此其加工时间往往较长，平均每片电池片的激光加工需耗时几分钟到十几分钟，生产效率较低。

激光开槽也可以应用于XBC电池PN区分离。为防止短路，XBC电池背面的P区和N区之间往往需要隔离，PN区隔离有多种方式，可以利用未进行掺杂的非晶硅避免P型掺杂区和N型掺杂区直接相通，也可以在P型掺杂区和N型掺杂区进行激光开槽进行隔离。根据专利之星，目前普乐新能源的IBC电池、爱旭股份的HBC电池制备均选用激光开槽方式隔离PN区。

此外，激光开槽也可以应用于IBC、TBC等电池钝化膜形成后、金属化开始前的接触结构刻蚀环节。激光开槽钝化膜的目的是，在N型单晶硅片背面的钝化层上进行激光开窗，并将电极从N区和P区上引出来，进行金属化。背钝化电池中的背钝化膜层一般由氧化铝和氮化硅、氧化铝和氧化硅或掺杂多晶硅和氧化硅组成，一般的氧化铝厚度为5-20nm，氮化硅厚度范围为70-220nm，常见的氧化铝厚度在10nm，氮化硅厚度在70-100nm时，背钝化膜呈淡蓝色，为进一步改善表面钝化效果，部分厂家增加抛光工艺，使得背钝化膜对可见光波段的光反射率高于其它波段。

IBC电池接触区刻蚀的难点在于克服电阻损失，保证电流电池效率，防止漏电情况。在金属化环节，由于IBC电池的正表面没有金属栅线的遮挡，电流密度较大，在背面的接触和栅线上的外部串联电阻损失也较大。金属接触区的复合通常都较大，所以在一定范围内接触区的比例越小，复合就越少，从而导致VOC越高。因此，IBC电池的金属化之前一般要涉及到打开接触孔/线的步骤。另外，N和P的接触孔区需要与各自的扩散区对准，否则会造成电池漏电失效。

激光开槽可以同时保证较低的接触电阻、较高的电池效率与较好的钝化效果。由于通过激光消融方式开槽，浆料可以利用低温烧结即可实现栅线与P型/N型掺杂多晶硅良好的欧姆接触，在保证较低接触电阻的同时，减少栅线区域的金属诱导复合，提高电池效率，且避免了高温烧结浆料对P型/N型掺杂多晶硅具有破坏性而导致栅线区域金属诱导复合随温度升高而降低电池效率的问题；同时，也避免高温烧结浆料对隧穿氧化层产生破坏，确保电池的钝化效果。

（文章来源：北极星光伏研学社）