01、ibc光伏电池概况
ibc电池(interdigitated back contact)中文名称为交叉指式背接触电池。ibc电池正面无金属栅线,发射极和背场以及对应的正负金属电极呈叉指状集成在电池的背面,这种独特结构避免了金属栅线电极对光线的遮挡,结合前背表面均采用金字塔结构和抗反射层,最大程度地利用入射光,相较于perc等其他技术路线的电池减少了更多的光学损失,具有更高的短路电流,有效提高ibc太阳电池的光电转换效率。
电池前表面收集的载流子要穿过衬底远距离扩散至背面电极,故ibc电池一般采用少子寿命更高的n型单晶硅衬底。
图表1：ibc电池结构图
数据来源：《ibc 太阳电池技术的研究进展》
ibc光伏电池具有较多优点：第一,与传统太阳电池相比,ibc太阳电池的短路电流密度可提高 5%~8%;第二,电池的正负电极均位于电池背面,可最大限度优化电极栅线,从而降低串联电阻,提高电池效率;第三,正面无金属栅线设计的考虑,可最优化地设计表面钝化及减反结构,从而改善电池性能;第四,正面无栅线,可与组件封装技术相结合,制备出外观好看且适用于光伏建筑一体化(building integrated pv，bipv)的组件产品,未来应用前景较广。
02、ibc电池技术发展历程
ibc核心技术在于如何在电池背面制备出质量较好、成叉指状间隔排列的p区和n区。通过在电池背面印刷一层含硼的叉指状扩散掩膜层,掩膜层上的硼经扩散后进入n型衬底形成p 区,而未印刷掩膜层的区域，经磷扩散后形成n 区。
ibc 电池的发展历程可以分为技术探索期、初步产业化期、研发热潮期和技术分支化期四个阶段。
图表2 ibc光伏电池技术发展历程
数据来源：cpia，sunpower、索比光伏网
第一阶段1975-1996年,ibc技术概念被提出,进入技术探索期;第二阶段1997-2010年,技术领导者sunpower开启ibc电池初步产业化;第三阶段2011-2016年,更多厂商机构步入ibc技术研发;第四阶段2017年-至今,ibc技术形成三大分支化路线。
03、ibc光伏电池产业发展面临的问题
在产业化道路上,ibc光伏电池面临四点挑战。第一,对基体材料要求较高,需要较高的少子寿命;第二,ibc电池对前表面的钝化要求较高。若前表面钝化效果不理想,光生载流子在未到达背面pn结区之前,已被复合掉,将会大幅降低电池转换效率;第三,工艺过程复杂。
背面指交叉状的p区和n区在制作过程中,需要多次的掩膜和光刻技术,为了防止漏电,p区和n区之间的间隙也需非常精准,增加了工艺难度;第四,ibc复杂的工艺步骤使其制作成本远高于传统晶体硅电池。
2021年,perc单晶电池平均转换效率已到23.1%,topcon电池和hjt电池平均转换效率分别达到24.0%和24.2%,经典ibc电池获取的效率溢价,难以覆盖其成本溢价,故经典ibc工艺路线竞争力逐渐衰弱。
在此背景下,ibc电池慢慢成为了一种平台型电池技术,厂商在该技术上结合topcon和hjt的特点,ibc电池逐渐形成了三大工艺路线。一是以sunpower为代表的经典ibc电池工艺;二是以isfh为代表的polo-ibc电池工艺,由于polo-ibc工艺复杂,低成本的同源技术tbc电池工艺(topcon-ibc)更具优势;三是以kaneka为代表的hbc电池工艺(ibc-shj)。
图表3 ibc光伏电池工艺路线
数据来源：中科院宁波材料所
hbc工艺即在硅片表面采用本征非晶硅进行钝化,在背面分别采用n型和p型的非晶硅薄膜形成异质结,该结构充分利用了非晶硅优越的表面钝化性能,并结合了ibc结构没有金属遮挡的优点,有效提升电池转换效率。ibc与非晶硅钝化技术的结合是未来ibc电池效率提升的方向之一。
将topcon钝化接触技术与ibc相结合,即是tbc电池,又名polo-ibc电池。多晶硅氧化物(polo层)选择钝化接触技术是通过生长sio2和沉积本征多晶硅,采用高温退火方式使正背面sio2钝化薄层形成局部微孔,通过微孔和隧穿特性实现电流的导通。因此,将polo技术用于正面无遮挡的ibc太阳电池，能在不损失电流的基础上提高钝化效果和开路电压,获得更高的光电转换效率。
从转换效率来看,tbc技术和hbc技术均优于经典ibc技术。根据普乐科技,经典ibc的量产效率在23.5%-24%之间,tbc在24.5%-25.5%之间,hbc在25%-26.5%之间,实验室中的效率分别能够达到25.2%，26.1%,26.63%。tbc技术和hbc技术在转换效率层面优于经典ibc技术。
从产业化进度上来看,短期内tbc电池路线发展前景更广。目前,tbc和hbc电池技术路线均处于实验室研究阶段,产业化进程的推进仍有许多问题亟待解决。topcon的工艺路线相比hjt的工艺路线更加成熟,成本更低,tbc产线又与topcon产线部分兼容,故tbc技术成为短期内极具性价比的ibc电池进化方向。hbc电池仍需克服诸多挑战,除了tco靶材和低温银浆的高成本外,还需解决ibc技术严格的电极隔离、制程复杂及工艺窗口窄等问题。
04、投资策略总结
经过梳理分析:ibc电池正面无金属栅线,发射极和背场及对应的正负金属电极呈叉指状集成在电池背面，该结构最大程度减少了光学损失。从转换效率来看,传统ibc电池的效率并没有与topcon和 hjt电池拉开差距,而ibc电池技术作为一种平台型技术,叠加topcon/hjt电池技术,即tbc/hbc电池,量产效率分别为24.5%~25.5%/25%~26.5%。从成本来看,ibc电池目前成本高,精简工艺步骤,降低制造成本是降本核心。
未来,ibc光伏电池产业落地将围绕tbc hbc技术路径布局,建议关注在这些拥有技术积累且小规模化落地实施的光伏厂商企业。