XBC電池行業專題報告：或成未來主流技術，激光應用場景更加豐富轉換效率領先且工藝升級窗口明顯，龍頭規模擴產有望成為未來主流技術發射極、電極均在背面，特殊電池結構賦予其效率優勢IBC電池又稱為全背電極接觸晶硅太陽能電池，1975年由Schwartz和Lammert提出。在電池結構上，IBC電池與PERC、TOPCon等常規晶硅電池差異明顯，PERC、TOPCon電池的正面存在電極，同時，電池的發射極也位于襯底硅片的正表面，與襯底共同形成電池的PN結。對于IBC電池而言，其最大不同點在于，電池的發射極和電極均處于電池的背面，具體到電池結構上，以N型IBC電池為例，其在N型硅片正面摻磷形成N+的前表面場（FSF），在硅片背面的部分區域摻磷形成N+背場（BSF），部分區域摻硼形成P+區發射極。同時，在電池前表面場之上，再沉積SiO2鈍化層，以及SiNx減反射層；在電池背表面，沉積一層氧化物鈍化層。最后，對應IBC電池背面的P+發射極和N+背場區域，分別對應制作金屬電極（P）和金屬電極(N)。在襯底硅片的選擇上，IBC電池的襯底硅片既可以是P型硅片，也可以是N型硅片。選用不同類型的襯底硅片后，其在電池的摻雜上會有所不同。如果選用N型硅片，則在電池背面一定區域硼摻雜形成P+發射極，前表面場（FSF）和N+背場（BSF）則進行磷摻雜。如果選用P型硅片，則電池背面一定區域進行磷摻雜形成N+發射極，一定區域進行硼摻雜形成P+背場（BSF）。相對P型硅片，N型硅片具有少子壽命高、無光衰、弱光性能好等優點，但P型硅片在成本端具備優勢。同時，IBC電池對襯底硅片的質量要求較高。從IBC電池的結構來看，由于其PN結的位置處于電池背面，而光生載流子主要是在電池的前表面產生，其需要穿過硅片的厚度到達背面發射極。為了減少期間光生載流子的復合，就需要襯底具有較長的少子擴散長度，因此制備高效IBC電池需要采用高質量的單晶硅片。轉換效率領先且工藝升級空間大，有望成為未來主流電池技術路線目前，IBC電池轉換效率領先TOPCon、HJT等其他晶硅電池記錄，SunPower目前量產平均效率達到25%左右，最新一代電池技術效率已經超過25%。從IBC電池的發展歷程來看，Schwartz和Lammert于1975年首次提出背接觸式光伏電池概念，經過近40年的研究發展，其轉換效率已經超過其他單結晶硅太陽電池。SunPower在IBC電池的進展中起到重要作用，1997年，SunPower公司和斯坦福大學開發的IBC電池，在1個光照下得到23.2%的轉換效率；2004年，SunPower公司采用點接觸和絲網印刷技術研發出第一代大面積(149cm2)的IBC電池，轉換效率達到21.5%；2007年通過工藝優化和改進，研發出可量產的平均效率22.4%的第二代IBC電池；2014年，SunPower在N型CZ硅片上制備的第三代IBC太陽電池，最高效率達到25.2%。根據SunPower最新披露信息來看，目前公司IBC電池平均效率達到25%左右，其最新推出的IBC電池，吸收了TOPCon電池鈍化接觸的技術優點，并采用銅電極工藝，從電池結構來看，量產工藝經過簡化，成本在可接受范圍，轉換效率可以達到26%左右。同時，SunPower也是最早實現量產IBC電池的公司，2014年SunPower已建成年產能1.2GW的IBC電池，包括年產能100MW的第三代高效IBC電池生產線，該產線生產的電池平均效率達到23.62%。兼收并蓄，IBC電池具備優異的工藝疊加能力，可與TOPCon、HJT和鈣鈦礦等技術有機結合，進一步提升電池轉換效率，XBC未來有望成為下一代主流技術選擇。IBC電池具有較高的技術升級潛力，除了以SunPower公司為代表的經典IBC電池工藝外，目前，基于IBC電池結構衍生的新型高效電池“XBC”，其技術路徑主要包括：與TOPcon電池技術進行結合，形成TBC或者POLO-IBC電池，但由于POLOIBC工藝復雜，產業內推進較快的為成本較低、技術同源的TBC電池工藝；與HJT電池技術有機結合，形成HBC電池；HBC電池具備更高的轉換效率，而且在組件端相同條件下發電量更高，兼具IBC和HJT的優點；作為底電池制備疊層電池，形成PSCIBC疊層電池。鈣鈦礦電池與IBC太陽電池結合制備的疊層電池能夠實現吸收光譜互補,通過提高太陽光譜的利用率來提IBC電池的光電轉換效率。鈣鈦礦晶硅疊層電池理論效率達30%以上，從而成為突破晶硅太陽電池光電轉化效率理論極限(29.4%)的研究熱點。從效率數據來看，升級后的“XBC”電池能夠實現更高的轉換效率。2018年德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）采用區熔(FZ)法制備的p型單晶硅片將POLO技術應用在IBC太陽電池上進行鈍化,在4cm2電池面積上實現了26.1%的POLO-IBC太陽電池光電轉換效率。而截至目前，HBC電池代表著晶硅太陽電池的最高效率水平，2017年Kaneka通過優化串聯電阻和歐姆接觸性能將HBC電池效率提高至26.63%。龍頭隆基、愛旭領先布局，開啟XBC規模化擴產序幕降本提效是光伏行業發展的核心驅動和永恒話題，推動電池技術的更迭。太陽能電池作為太陽能轉化成電能的基本單元，直接決定光伏系統的光電轉換效率，對電站收益率有重大影響。21世紀以來，光伏電池市場主要以技術更成熟的晶硅電池為主。對于晶硅電池，提升光電轉換效率的主要路徑，就是對技術的優化與迭代。2022年新技術電池將成為擴產主流技術，開啟新一輪電池技術擴產周期。目前，光伏行業技術迭代、降本提效最為集中的環節便在于電池片環節，對于電池片而言，目前其技術迭代呈現兩個明顯趨勢，一是電池技術由P型PERC電池轉向提效空間更高的新技術電池趨勢明確，從目前對下游電池企業擴產的梳理來看，22年電池擴產將主要以新技術為主，預計2022年傳統PERC電池擴產接近尾聲，而新技術電池擴產占比或超70%；第二，在具體技術路線的選擇上，呈現XBC、TOPCon和HJT并存的格局，并以目前綜合性價比更高的XBC、TOPCon為主。上一輪電池技術周期，是PERC電池對BSF電池的替代，當前時點類似于2017-2018年由PERC電池開啟的電池快速產能擴張周期。2017-2019年隨著成本持續下降，PERC電池逐步進入爆發式產能擴張的時間窗口，市場份額從2017年的15%提升到2019年的65%。在上一輪PREC電池替代周期中，其對產業的影響在于：1）使著力布局PERC產業化的企業獲得了顯著的超額收益；2）具備成本優勢的企業在面對產業技術全面轉型時更有動力加速擴張，一定程度上影響了行業格局的演變。對于設備端而言，伴隨上一輪PERC電池的擴產，設備企業訂單規模大幅增長，同時，新產品也推動了設備企業盈利能力的明顯提升。目前，行業進入了新一輪的電池新技術擴產周期，有望重現上一輪PERC時代的大規模擴產，同時，設備端得益新技術投資額更高需求彈性明顯。在新技術電池技術路線中，目前產業化推進的技術主要是TOPCon、XBC和HJT三種，不同電池技術格局特點，在轉換效率、電池成本、工藝復雜性及與存量產線的兼容性等方面均有所不同。轉換效率來看，三種N型電池技術均能夠實現24%以上的量產效率，IBC電池效率更高，且能夠分別與TOPCon、HJT電池技術進行結合，升級成為轉換效率更高的TBC、HBC電池；成本端對比來看，目前，三種電池技術的單W成本仍高于PERC，相較而言，TOPCon的單W成本低于HJT；從工藝復雜度來看，XBC>TOPCon（12-13道）>PERC（8-10道）>HJT（4-6道）；從與PERC產線的兼容性來看，TOPCon（可基于PERC升級）>XBC(部分兼容）>HJT（完全不兼容），TOPCon可基于現有PERC產線升級。整體來看，目前TOPCon、XBC和HJT各具特點，在轉換效率方面尚未拉開明顯差距，均可以實現24%以上的量產效率，但XBC電池目前效率數據高于TOPCon和HJT。主要差異體現在成本、工藝復雜度和產線兼容性等方面。綜合來看，目前在新技術路線中，短期XBC、TOPCon電池綜合性價比相對更優，中短期擴產規模也超過HJT。以隆基、愛旭等為首的龍頭率先開啟XBC電池擴產，22年XBC電池成為主流擴產路線之一，擴產幅度大增。從量產進程來看，國際上IBC技術比較成熟的量產公司主要是SunPower和LG，其中，SunPower研發IBC技術較為成熟，14年已經建成年產能1.2GW的產線，最早實現IBC電池量產。同時，國內部分公司也在持續推進IBC電池的研發和布局，天合光能在2017年5月自主研發的大面積6英寸N型單晶硅IBC電池效率達到24.13%；2018年2月效率進一步提高到25.04%，并經過日本電氣安全與環境技術實驗室（JET）獨立測試認證。中來光電2018年底通過對n-PERT電池線改造升級實現了IBC電池的批量生產，年產能約150MW，平均效率約22.8%；2018年國家電投黃河公司建設國內第一條200MWN型IBC電池產線，2021年6月宣布IBC電池及組件生產平均效率突破24%。但整體而言，由于IBC電池技術難度和設備投資成本較高，此前國內大部分公司仍停留在小規模研發階段，尚未大規模量產。伴隨技術逐步成熟，以隆基、愛旭為代表的龍頭廠商率先開啟XBC電池規?；瘮U產。1）隆基股份：目前在各種技術路線上均有布局，但最先明確的是差異化的HPBC路線。在產能規模上看，隆基新技術電池產能在建及規劃規模已達64GW，其中最先落地的泰州4GW產能預計于2022年8月投產，或采用TOPCon與IBC思路上相結合的HPBC路線，該項目投資額約12億元，折合投資成本約為3億元/GW。新產能落地值得期待。2）愛旭股份：2021年4月發布非公開發行A股股票和簽訂投資協議公告，公司在IBC、HBC和疊層電池的量產技術領域取得了顯著的研究成果，擬投資珠海年產6.5GW（一期）和義烏年產10GW新世代高效太陽能電池項目；2022年5月發布非公開發行股票預案（修訂稿），擬定增募資16.50億元，投資珠海年產6.5GW新世代高效晶硅電池建設項目，新技術電池項目提上日程。工藝流程較為復雜，關鍵工藝在于背面定域摻雜及金屬電極經典IBC：部分與PERC相同，新增加多道重要工藝XBC電池的制造工藝流程與其電池結構緊密相關。首先，我們來看經典IBC電池的結構，以N型IBC電池為例，其在襯底硅片的正表面，通過摻磷等元素形成N+前表面場

（FSF），在硅片背面的一定區域摻硼形成P+區發射極，和N型硅片襯底共同構成電池PN結，同時，在硅片背面一定區域摻磷形成N+背場（BSF），以此形成高低結；之后，在硅片正面的N+前表面場上，再沉積SiO2鈍化層，以及SiNx減反射層，同時，在電池背面的P+和N+層之上，再沉積一層氧化物鈍化層；最后是金屬電極的制作，需要對應電池背面的P+和N+區域，分別對應制作金屬電極（P）和金屬電極(N)。對比PERC、TOPCon等其他晶硅電池的結構和制造工藝，IBC電池的核心工藝流程及難點主要在于，如何在電池背面制備出呈叉指狀間隔排列的P區和N區，以及在其上面分別對應形成金屬化接觸。1）電池背面定域摻雜，形成間隔排列的P+區和N+區。對于普通晶硅電池，以PERC為例，其是在P型硅片正面通過磷擴散形成N+發射極，與硅片基底形成PN結；TOPCon電池則是在N型硅片正面進行硼擴散形成P+發射極。而由于特殊的電池結構，XBC電池則需要在硅片背面分別形成摻硼的P+區和摻磷的N+區，并且為了避免漏電，P+區和N+區之間需要分隔開，形成Gap區域。在XBC電池的工藝優化中,叉指狀的P+和N+區結構是影響電池性能的關鍵，因此，XBC電池制作的關鍵工藝之一就在于如何實現電池背面的定域摻雜。并且，無論是經典IBC電池，或是TBC、HBC等“XBC”形式的升級技術，雖然具體電池結構存在差別，但背面定域摻雜均是最關鍵的工藝。另外，在XBC電池背面定域摻雜的時候，P+發射極寬度、N+背場寬和二者之間的間隙隔離層會對電池電性能造成較大影響。根據相關文獻研究結果，較寬的N+背場和Gap區域會導致轉換效率降低，原因在于，較寬的N+背場（BSF）會使得少數載流子從BSF區傳輸到發射區的橫向平均距離增大，進而提高了擴散過程中的復合損失，因此，N+背場寬度應盡量窄?。煌瑫r，P+區和N+區之間的Gap區域應盡可能窄，且表面應具有良好的鈍化效果才可避免少數載流子的復合，太寬可能會導致背接觸電池的有效面積被浪費，有效載流子也難以被收集，從而降低電池性能。但Gap區域的寬度受制備工藝的技術可實現性限制，過窄的寬度設計會提高工藝技術瓶頸和增加過程控制難度。XBC電池需要在背面分別進行硼和磷的局域擴散，其實現工藝較多，結合主要光伏企業申請專利情況，目前產業推進的常見定域摻雜方法主要是掩膜法，再結合光刻、絲網印刷刻蝕漿料、激光刻蝕或者離子注入等方法來形成定域摻雜的圖形。具體來看：通過光刻技術在掩膜上形成需要的圖形，隨后再進行擴散摻雜，但光刻法的成本較高，不適合規?；a；

印刷法，通過絲網印刷刻蝕漿料或者阻擋型漿料來刻蝕或者遮擋住不需要刻蝕的部分掩膜，從而形成需要的圖形。這種方法在制作步驟中涉及多次掩膜、腐蝕，制程復雜，同時，絲網印刷本身也存在對準精度不夠、多次印刷問題等局限，從而給電池結構設計帶來了挑戰，較小的P-N間距和金屬接觸面積能帶來電池效率的提升，因此，絲網印刷需要在工藝重復可靠性和電池效率之間找到平衡；

激光，可有效解決絲網印刷過程中的局限，無論是間接刻蝕掩膜（利用激光的高能量使局部固體硅升華成為氣相，從而使附著在該部分硅上的薄膜脫落），還是直接刻蝕（如SiNx吸收紫外激光能量而被刻蝕），激光都可以得到比絲網印刷更為精細的結構，更細微的金屬接觸開孔和更多樣的圖案設計；結合產業推進以及龍頭企業XBC電池擴產中的選擇來看，目前，激光成為主要的選擇方法。離子注入方式，優點是可以精確地控制摻雜濃度，通過掩膜可以形成選擇性的離子注入摻雜。同時，離子注入后，還需要進行一步高溫退火過程來將雜質激活并推進到硅片內部，并且還需要修復離子注入造成的硅片表面晶格損傷。離子注入具有控制精度高、擴散均勻性好等特點，但設備昂貴，易造成晶格損傷，在光伏行業中實際應用較少。2）XBC電池的另一關鍵工藝在于背面金屬化柵線的制作。XBC電池背面電極的設計，不僅影響著電池性能，還直接決定了IBC組件的制作工藝。XBC電池的電極都在背面，由于不需要考慮遮光，所以可以更靈活的設計柵線，降低串聯電阻。但為了減少金屬接觸區域的復合，XBC電池在金屬化之前一般要打開接觸孔/線，以此來減少金屬接觸區的復合。另外，為了防止漏電，N和P的金屬電極接觸孔需要與各自的擴散區對準。在打開接觸孔/線的時候，通常采用激光開槽、絲網印刷刻蝕漿料、濕法刻蝕等方法來將接觸區的鈍化膜去除，形成接觸區。在金屬電極的制作方法上，可以采用絲網印刷、激光轉印、電鍍等多種技術。相對傳統晶硅電池生產流程，XBC電池的工藝流程較為復雜。對于經典IBC電池的工藝流程來看，其工序步驟有部分與PERC兼容，但同時又增加了硼擴散、鍍氮化硅層、鍍掩膜、激光開槽等工序，并增加了清洗的步驟。TBC電池：與TOPCon有機結合，工藝流程部分與TOPCon兼容TBC電池是將TOPCon的背面鈍化接觸技術與IBC相結合，對傳統IBC電池的背面進行優化設計。從電池結構來看，TOPCon電池最大的特點是，在電池背面制備一層超薄隧穿氧化層和摻雜非晶硅層，二者共同構成背面鈍化接觸結構；經典IBC電池的最大特點則是，在電池背面形成間隔排列的P+和N+區域作為發射極和背場（BSF），且電極也全面轉移到背面。TBC電池將二者的結構優勢進行了有機結合，即在硅片背面沉積一層超薄隧穿氧化層SiO2，并制作間隔排列的P+和N+的POLY-Si作為發射極和背場

（BSF），硅片正面沉積前表面場，鈍化層和減反射層，背面沉積鈍化層，在背面再分別對準P+和N+區域制作對應P和N的金屬電極。TBC的電池結構使其具有更低的復合，更好的接觸，從而獲得更高的轉化效率。2018年德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）制作的POLO-IBC電池獲得了26.1%的光電轉換效率。TBC電池工藝步驟部分與TOPCon兼容。TBC電池結合了TOPCon的背面鈍化接觸和IBC的背面叉指狀排列P+和N+區，以及正面無柵線的特點，基于其二者結合后的電池結構，TBC電池工藝流程的重點在于幾個方面，背面隧穿氧化層的沉積，背面間隔排列的P+和N+的POLY-Si的沉積，以及背面金屬電極的制作。而在TOPCon電池的制作中，其背面隧穿氧化層和摻雜非晶硅層的制作，主要是通過LPCVD、PECVD、PVD等方法進行沉積，TBC電池在隧穿層和P+和N+區沉積的時候，有部分工序也與TOPCon電池相同，存在部分兼容。主要差異體現在如何實現背面的局域摻雜，以及背面金屬電極的制作。具體工藝流程方面，結合目前隆基樂葉、金石能源、韓華新能源、普樂新能源、國家電投等公布的發明專利申請來看，常見的TBC電池的工藝流程如下：1）對基底硅片進行去損傷、制絨、清洗和背拋光處理；2）在硅片背面沉積隧穿氧化層，以及隧穿層上的硼摻雜的P+polySi層，沉積工藝可以采用PECVD原位摻雜、LPCVD或者PVD等；3）沉積氧化物掩膜層，再利用激光開槽等方式去除N+區域和Gap區域覆蓋的掩膜層以及此前沉積的P+層，再沉積磷摻雜的N+polySi層。在沉積P+和N+polySi環節中，由于需要二者是間隔排列的，會涉及多次沉積掩膜層和激光開槽等刻蝕工藝的應用；4）前表面沉積AIOx鈍化層&SiNx減反射層，以及背面SiNx層；5）利用激光開槽等方式進行P+和N+區域的金屬接觸開孔，并進行對應區域的電極制作，電極制作方法可以選擇激光轉印、絲網印刷、電鍍等。HBC：與HJT有機結合，工藝流程部分與HJT相同HBC電池是異質結(HJT)電池與背接觸(IBC)電池的有機結合，既利用了HJT電池結構非晶硅優越的表面鈍化性能，同時也借鑒了IBC電池結構正面無金屬遮擋的優點，兼具二者電池的結構優勢。同時，HJT電池的低溫制備工藝還可以避免傳統電池的高溫制備過程對硅片造成的形變和熱損傷。從HBC電池結構來看，基于N型硅片襯底，其在硅片正面依次沉積氫化非晶硅（a-Si:H）作為前表面鈍化層，并采用SiNx減反射層取代透明的TCO導電膜，光學損失更少、成本更低；在硅片背面，依次沉積氫化非晶硅（a-Si:H）背鈍化層，以及鈍化層上呈叉指狀分布的p-a-Si∶H層和n-a-Si∶H層，分別作為發射極和背場BSF，發射極和BSF二者間隙隔離。同時，在發射極和BSF上再沉積透明導電薄膜，并制作對應的金屬接觸電極。HBC電池將結合了HJT與IBC兩種高效電池技術的優勢于一體，轉換效率優勢明顯，而且在組件端相同條件下發電量更高，自2014年以來一直占據著晶硅太陽電池最高轉換效率紀錄的位置。2016年日本Kaneka公司宣布在面積為180cm2訂單HBC電池結構上實現了世界最高轉換效率26.33%；緊接著在2017年8月，Kaneka又將該記錄提高至26.63%，這也是目前晶硅太陽能電池研發效率的最高水平和記錄。HBC電池工藝步驟部分與HJT相同。HBC電池結合了HJT和IBC電池結構的特點，基于其二者結合后的電池結構，HBC電池有部分工序也與HJT電池相同，存在部分兼容。從HJT電池的制作流程看，其核心制造工序主要為清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO膜沉積和電極金屬化4道工序。與HJT電池工序流程相比，HBC電池工藝流程的差異主要體現在如何實現背面的局域摻雜，以及背面金屬電極的制作。具體工藝流程來看，結合國家電投、金石能源、愛旭股份等公司的發明專利申請來看，HBC電池的關鍵工藝在于制備電池背面叉指狀排列的摻硼和摻磷氫化非晶硅區域，類似TBC電池，因此也會涉及到掩膜、開槽、沉積、刻蝕等多道工藝的交替應用。整體來看，XBC電池的工藝流程在晶硅電池中最為復雜，在技術升級為TBC、HBC電池之后，工藝步驟較經典IBC電池進一步增加。以HBC電池為例，其不僅需要解決HJT技術存在的TCO靶材和低溫銀漿成本高等問題，還需要解決IBC電池電極隔離（正負電極都位于背面）、工藝流程復雜及工藝窗口窄等問題。從設備投資成本看，對比不同電池技術路線，目前TOPCon電池設備投資額約2億元/GW左右，經典IBC電池約3億元/GW左右，HJT電池約4.0-4.5億元/GW，而TBC、HBC電池作為升級技術，因為增加了工序步驟及對應設備，單GW設備投資相對較高。激光在XBC電池中應用場景更加豐富，涉及開槽、摻雜、轉印、氧化等多種工藝結合激光在光伏行業的應用來看，激光主要應用于電池片、組件環節。其中，在電池片環節的應用包括開槽、摻雜、打孔、刻蝕、退火等多種工藝；組件端包括劃片、串焊等應用。對于光伏高效電池的生產制備，其光電轉換效率提升的關鍵在于控制光學損失和電學損失，激光具有快速、準確、零接觸以及良好的熱效應等優勢，可以極大避免太陽能電池制造過程中的損耗，從而提升光電轉換效率，同時還能降低生產成本。激光技術在PERC、TOPCon、IBC和HJT電池當中，均已經有多種激光技術的應用。具體到XBC電池，由于XBC電池工藝路線比較復雜，需要在電池背面制備叉指狀排列的摻硼P+區域和摻磷N+區域，工藝過程中需要結合掩膜、激光開槽、刻蝕等多種工藝交替應用，最后還需要制作對應的電極。因此，從XBC電池的電池結構及工藝流程來看，XBC電池為激光技術的應用提供了更豐富的應用場景和機會，結合各光伏企業的專利申請來看，激光在XBC電池中的應用包括激光開槽、激光刻蝕、激光熱氧化、激光摻雜及激光轉印，另外，在HBC電池中還可以使用激光對N+摻雜非晶硅層進行激光處理，使得局域N+薄膜晶化或者晶化度提高。具體來看，激光在XBC電池中的應用潛力如下：2、激光輻照，形成氧化物掩膜層（激光氧化工藝）。根據隆基樂葉申請日為2021年9月30日提交的發明專利申請（申請公布號：CN113921626A），公司提出了在制備XBC電池過程中，通過兩步激光氧化工藝來分別形成P+和N+特定摻雜區域的氧化物掩膜層。具體方法來看，在含氧氣氛環境下，通用激光直接對P+和N+的特定區域進行激光輻照，從而在激光掃過的區域形成氧化物掩膜層。激光輻照的方法使得氧化物掩膜層的形成精度高，相較于外加熱氧化或者PECVD形成的掩膜