HBC电池具有最高转换效率的发展潜力，迅速吸引了大批研发机构和企业的研究，成为最热门的技术路线之一。

1、HBC转换效率表现

2014-2015年是BSF铝背场电池发展到效率天花板的技术拐点期，当时转换效率22%以上的晶硅电池技术有：IBC电池、HJT电池和PERx（PERL/PERT/PERC）家族电池。结果，在BSF电池生产工艺上，只需增加背面氧化铝镀膜和激光开槽两道工序就完成升级的PERC电池，依靠良好的工艺兼容性和较低的设备投入，迅速成为新一代主流晶硅电池技术。

而同期IBC电池，在HJT电池技术的加持下，成为太阳能电池领域新的创新热点。2014年，受夏普研究成果启发，松下在其HIT（即HJT）电池基础上，结合了IBC电池结构，研发出了转换效率25.6%的HBC电池，刷新了世界纪录。

HBC电池结构


HBC电池具有最高转换效率的发展潜力，迅速吸引了大批研发机构和企业的研究，成为最热门的技术路线之一。见下表。

HBC电池专利


2017年，Kaneka将HBC电池世界纪录，刷新到了26.63%。这也是迄今为止晶硅太阳能电池研发效率的最高水平。见下图及下表：

日本Kaneka世界纪录HBC电池


HBC电池转换效率世界纪录表


HBC电池，即异质结背接触晶硅电池，高转换效率的主要原因：

（1）高Voc。HBC电池采用氢化非晶硅(a-Si:H)作为双面钝化层,在背面形成局部a-Si/c-Si异质结结构，基于高质量的非晶硅钝化，获得高Voc。充分吸收了HJT电池非晶硅钝化技术的优点。

（2）高Jsc。HBC电池采用了IBC电池结构，前表面无遮光损失和减少了电阻损失，从而拥有较高的Jsc。充分吸收了IBC电池结构的优点。

2、HBC电池量产工艺难点

HBC电池代表晶硅电池最高效率水平，然而，HBC电池在继承了IBC和HJT两者优点的同时，也保留了两者各自生产工艺的难点：

设备昂贵，工序长，投资成本高
需要掩模、开槽、掺杂和清洗才能完成制备背面PN区，制程复杂
本征和掺杂非晶硅镀膜工艺，工艺窗口窄，对工艺清洁度要求极高
正负电极都处于背面，电极印刷和电极隔离工艺对设备精度要求高
低温银浆导电性弱，需要跟TCO配合良好，壁垒高供给少
低温电池制程，客户端需要低温组件封装工艺配合

从各晶硅电池工艺制程对比来看，HBC电池工艺是复杂而昂贵的。见下表：

晶硅电池工艺制程对比


（1）关键工艺：制备背面P区（掺硼非晶硅）和N区（掺磷非晶硅）

如何用低成本工艺，来制备HBC电池背面PN区，是决定HBC电池是否有产业竞争力的关键一步。按照经典HBC电池制备PN区的工艺，绕不开“掩模-开槽-沉积-刻蚀”等工艺，比如Kaneka的方案，就高达8个工序，涉及5个不同设备，制程复杂而昂贵（见下表）。而主流PERC电池只需一道炉管扩散工艺就完成p-n结的制备。


按照目前PECVD、PVD、湿法设备和金属化设备等设备的成熟度，经典HBC电池工艺已经走得通，但生产成本会比较高。HBC电池的规模量产，还需要低成本的工艺方案，特别是低成本的PN区掺杂方案。业内在探索低成本PN区掺杂工艺，并在以下几个方向有了积极的成果：

简化掺杂非晶硅薄膜的工序
降低关键设备PECVD的设备成本
采用更低成本的非晶硅沉积设备

（2）关键设备：非晶硅薄膜沉积设备

非晶硅薄膜沉积设备，主要有板式PECVD、HWCVD和LPCVD设备。见下表：

非晶硅薄膜沉积设备比较


LPCVD设备，是随着TOPCon电池工艺发展成熟的新电池设备，目前仅应用在TOPCon和TBC工艺的非晶硅镀膜上。HWCVD是日本松下/三洋选择的方案，优点是沉积非晶硅质量较好，缺陷更少；缺点是镀膜均匀性较差，碎片率较高，电耗偏高。而PECVD，凭借良好的质量和稳定性成为主流非晶硅薄膜沉积设备，特别在制备氢化非晶硅方面。

板式PECVD通过微波或射频波使腔室内的反应气体分子电离，形成的高化学活性等离子体，在基片表面发生化学反应，沉积成膜。管式PECVD在传统晶硅电池中沉积的薄膜厚度均大于100nm，而在HBC电池中板式PECVD 在硅片正反面先后沉积两层非晶硅薄膜用作钝化层，钝化层的厚度需控制在5-10nm，薄膜均匀性、致密度、容错率等直接影响电池片的转换效率，因此板式PECVD设备对真空度、洁净度、设备频率、压力、沉积速率等各项影响镀膜质量的指标，要求比较高，从而导致板式PECVD是HBC电池制程里技术难度最大同时也是最昂贵的设备。见下表：

主流板式PECVD厂商设备对比


从目前主流厂商实际表现来看，板式PECVD在工艺控制和成本控制方面，还有较大的提升空间。

（3）TCO和低温银浆

TCO透明导电膜

制备TCO透明导电膜，采用PVD或RPD设备。PVD工艺较为成熟，国际领头羊公司的PVD设备产能可达8000片/小时，国产PVD设备产能也达到了8000片/小时，未来有望提升至10000片/小时，可进一步降低TCO成本；RPD设备方面，国产RPD设备每小时产能达到5500片，还在进一步提高。

制备良好的TCO膜，需要合适的薄膜材料。这种薄膜材料的特性要求为：1) 透明性要好；2) 电导率要尽量高；3)要与其接触的硅薄膜的功函数相匹配；4) 在迎光面的TCO膜需要载流子浓度低，以避免红外吸收；5) 靶材料成本要足够低；6) 镀成的薄膜应较为稳定，不容易在气氛中分解。制备HJT电池的TCO膜，一般选用应用广泛但成本较高的ITO膜，而HBC电池，只需背面镀TCO膜，可以选用较低成本的AZO膜。

低温银浆

跟HJT电池工艺一样，经典HBC电池整段工艺都是在200℃左右制备，因此金属化工艺需要使用低温浆料；但由于HBC电池只需单面印刷银浆，银浆成本始终会低于HJT（同理，TBC银浆成本低于TOPCon）。低温银浆为丝网印刷增加了难度和成本，主要在于低温聚合物必须在-20℃下储存，一旦打开聚合物就开始反应，这意味着必须立刻使用浆料；同时低温银浆的导电性能弱于高温银浆，需要提高银的含量来提高导电性。目前低温银浆由于对原料要求高，90%的低温银浆由日本一家供应商供应，成本比常规高温银浆高出不少。目前国产厂商在积极量产低温银浆。

原标题： HBC电池效率及工艺难点