N型ABC：?jiǎn)谓Y晶硅技術(shù)變革引領(lǐng)者
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2024-08-28
核心提示：
日前，華能集團發(fā)布2024年光伏組件（第二批）框架協(xié)議采購招標，其中標段3為1GW的BC組件。這是五大六小能源集團首次單獨為BC組件開(kāi)辟標段，標志著(zhù)國內集中式光伏市場(chǎng)向BC技術(shù)敞開(kāi)大門(mén)。
日前，華能集團發(fā)布2024年光伏組件（第二批）框架協(xié)議采購招標，其中標段3為1GW的BC組件。這是五大六小能源集團首次單獨為BC組件開(kāi)辟標段，標志著(zhù)國內集中式光伏市場(chǎng)向BC技術(shù)敞開(kāi)大門(mén)。
常被認為“小眾”“只適合做分布式”的BC組件得以打入集中式市場(chǎng)，離不開(kāi)自身技術(shù)與產(chǎn)品的日臻成熟：BC技術(shù)已從實(shí)驗室里的“奢侈品”成為量產(chǎn)效率的冠軍。曾經(jīng)引領(lǐng)過(guò)光伏行業(yè)時(shí)代變革的愛(ài)旭、隆基，已先后轉向BC技術(shù)路線(xiàn)；目前占據大塊光伏市場(chǎng)份額的TOPCon頭部廠(chǎng)商，無(wú)一不在進(jìn)行BC技術(shù)儲備與追趕。憑借受光面積更大的電池結構設計、更加徹底的鈍化工藝、行業(yè)領(lǐng)先的量產(chǎn)效率，愛(ài)旭N型ABC技術(shù)儼然已成為單結晶硅技術(shù)變革的引領(lǐng)者。
單結晶硅電池技術(shù)路線(xiàn)繁多，但都遵循一個(gè)共通的原理：太陽(yáng)光激發(fā)半導體電池內的PN結產(chǎn)生光電效應，電極收集載流子形成電流發(fā)電。其中，PERC、TOPCon、HJT等電池的正負金屬電極分別位于電池的正面和背面，而位于正面的電極存在金屬遮擋，約5%的太陽(yáng)光不能充分被電池吸收和利用。金屬遮擋的存在，直接限制了上述技術(shù)路線(xiàn)的轉換效率空間。
為了消除這種結構上的缺陷，盡可能多地利用每一縷陽(yáng)光，BC電池應運而生。正如ABC（All Back Contact）技術(shù)的字面描述，ABC電池的p區和n區均設置在電池背面，正面無(wú)需設置發(fā)射極或表面場(chǎng)，電池正面金屬柵線(xiàn)遮擋損失降到0%，從而實(shí)現全面積受光和全硅發(fā)電，使得BC電池相較傳統的前后表面都有柵線(xiàn)的電池的轉換效率顯著(zhù)提升。
說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，把全部金屬接觸都轉移至電池背面的操作并不容易。BC電池正、負電極均位于背面，需要在密集的電極排布中將正、負電極區隔開(kāi)來(lái)，避免漏電；將金屬接觸全部置于背面后，背面圖形化難度陡升，傳統的掩膜光刻工序復雜、成本高、良率低，無(wú)法適應大規模生產(chǎn)……電池結構的變化，既開(kāi)辟了效率提升的空間，也提高了電池研發(fā)及生產(chǎn)制造的門(mén)檻，這也是為何長(cháng)期以來(lái)BC技術(shù)未能實(shí)現規?；慨a(chǎn)，一度被視作單結晶硅電池“待摘的明珠”。
最為接近單結晶硅極限轉換效率的路線(xiàn)，注定了只有追求極限才能突破工藝技術(shù)難關(guān)。最終在 BC技術(shù)中首先實(shí)現GW級量產(chǎn)的N型ABC，幾乎集成了各種工藝的極致：背面PN區高低差隔離設計，消除PN區直接接觸帶來(lái)的漏電影響；高質(zhì)量復合介質(zhì)薄膜鈍化，最大程度減少載流子的復合損失；超快激光圖形化技術(shù)，通過(guò)飛秒、皮秒、亞皮秒超快激光一步法完成加工，實(shí)現了低成本、高產(chǎn)能和高良率的規模量產(chǎn)……
由此可見(jiàn)，類(lèi)似“BC只是改變了電池結構，算不上一代新技術(shù)”的論調，只是放大了BC作為一種平臺技術(shù)可以與TOPCon、HJT等疊加的特點(diǎn)，并選擇性無(wú)視了N型ABC在工藝技術(shù)方面的創(chuàng )新與突破；而正是這種創(chuàng )新與突破，讓看似簡(jiǎn)單卻門(mén)檻極高的電池結構設計從理論成為現實(shí)。
某國內光伏企業(yè)負責人曾表示，主流光伏電池技術(shù)的迭代核心就是鈍化技術(shù)。而N型ABC便是目前最徹底地實(shí)現雙面鈍化的光伏電池技術(shù)路線(xiàn)，在光伏技術(shù)追求穩定鈍化技術(shù)的道路上保持領(lǐng)先。
光伏電池對于鈍化的重視，基于光電轉換這一過(guò)程存在多種轉換效率損失。能量太過(guò)大于或小于光伏電池吸收層禁帶寬度的光子無(wú)法有效利用；光伏電池的電流來(lái)源于光生載流子（電子、空穴）的分離和收集，但電池材料的缺陷、雜質(zhì)會(huì )形成復合中心，促使電子與空穴以各種形式復合，能夠收集利用的電流會(huì )相應減少。吸收層禁帶寬度由材料性質(zhì)決定，改良手段有限；通過(guò)鈍化等工藝減少材料中的復合中心，剝奪電子-空穴復合的機會(huì )，從而降低載流子復合造成的電流損失、提升光電轉換效率，成為光伏技術(shù)革新歷程的“主旋律”。
而根據鈍化技術(shù)的應用情況，光伏電池的技術(shù)演變可以分為三個(gè)階段，即：未鈍化發(fā)射極、鈍化發(fā)射極、鈍化接觸。
第一階段的代表技術(shù)鋁背場(chǎng)（Al-BSF）電池，其背面鋁電極與硅襯底整面接觸，金屬鋁與硅基體在界面處會(huì )產(chǎn)生大量復合，嚴重影響載流子的收集。PERC電池的出現，將光伏電池技術(shù)帶入第二階段。PERC電池在電池背表面沉積Al2O3/SiNx疊層鈍化膜，對硅片進(jìn)行場(chǎng)效應鈍化與化學(xué)鈍化，顯著(zhù)減少了背面大多數區域的復合，提高了電池開(kāi)路電壓和長(cháng)波光譜響應，提升了電池效率，也由此開(kāi)啟了PERC為代表的P型電池時(shí)代。
PERC電池使用的是P型單晶硅片，隨著(zhù)制備工藝上的制約被逐漸突破，N型單晶硅片憑借更高的少子壽命、更高的金屬污染容忍度以及不受硼氧復合對相關(guān)的光致衰減（LID）影響等特性，逐漸代替P型硅片成為行業(yè)“新寵”，并催生了單面N型TOPCon技術(shù)。
除了由P轉N，TOPCon技術(shù)還在電池背面引入了具備第三階段特征的鈍化接觸結構，使金屬電極與硅襯底分離，降低了背表面與金屬材料間的復合，實(shí)現了效率的提升；然而，其電池正面仍沿用第二階段的擴散發(fā)射極，發(fā)射極與硅基體之間產(chǎn)生的復合仍舊難以消除，這也使得TOPCon技術(shù)止步于“2.5階段”。
為了邁入真正應用全鈍化接觸技術(shù)的第三階段，光伏行業(yè)又誕生了以正背面非晶硅鈍化的異質(zhì)結（HJT）技術(shù)、將異質(zhì)結與BC結合的HBC技術(shù)、將TOPCon與BC結合的TBC技術(shù)等。BC結構的應用，為電池表面鈍化工藝提供了新的選擇，然而，非晶硅的寄生吸收效應會(huì )減少電池對入射光的有效吸收，限制了HJT與HBC的理論效率；TBC的多項量產(chǎn)工藝則有待進(jìn)一步優(yōu)化……
經(jīng)過(guò)多年持續的研發(fā)攻關(guān)與工藝突破，N型ABC通過(guò)集成多種鈍化技術(shù)，實(shí)現了硅基體全鈍化與全背鈍化接觸，并憑借正面無(wú)遮擋的天然優(yōu)勢，在正面沉積高質(zhì)量多層復合介質(zhì)薄膜，將表面復合降至最低；獨創(chuàng )的金屬化涂布技術(shù)，同步解決了高溫漿料帶來(lái)的接觸不良與界面復合高的問(wèn)題。
由于以多種手段降低了復合帶來(lái)的效率損失，N型ABC電池的效率極限相較目前只實(shí)現了單極鈍化接觸的TOPCon要高出1.2到2個(gè)百分點(diǎn)。N型ABC憑借更徹底的鈍化技術(shù)，成為光伏電池技術(shù)變革的標桿。
梳理上述工藝技術(shù)演變路徑可以發(fā)現，光伏行業(yè)對技術(shù)升級的需求，本質(zhì)上是對更高轉換效率的追求。為什么效率如此重要？
假設人類(lèi)社會(huì )可以生產(chǎn)無(wú)限多的光伏組件來(lái)接收太陽(yáng)能，即便組件轉化效率很低，終究可以靠足夠多的光伏組件來(lái)滿(mǎn)足電力需求。但現實(shí)情況是，可以安裝光伏組件的土地、屋頂、陽(yáng)臺面積都有限度，電池、組件生產(chǎn)也需要消耗資源……
如何在有限的資源條件下，盡可能多地接收太陽(yáng)能、盡可能多地將接收的太陽(yáng)能轉換為電能，提高資源利用效率、推動(dòng)可持續發(fā)展，這既是光伏發(fā)電技術(shù)的“第一性原理”，也是光伏發(fā)電行業(yè)的“底色”與“初心”。
正是憑著(zhù)對更高效率的追求，有的企業(yè)在多晶硅占據絕對市場(chǎng)優(yōu)勢的情況下，堅決轉向了制備難度更大但轉換效率更高的單晶硅；有的企業(yè)在自身引領(lǐng)P型電池時(shí)代的同時(shí)，義無(wú)反顧地投入代表更高轉換效率的N型電池與組件的研發(fā)創(chuàng )新。無(wú)論是多晶硅還是P型電池，一度都曾是光伏市場(chǎng)的絕對“主流”，但在技術(shù)變革到來(lái)之際，曾經(jīng)的“主流”光環(huán)在更高轉換效率的路徑面前總是黯然失色、快速退出。
追求更高光伏轉換效率，不僅是光伏技術(shù)內在的邏輯，更是光伏市場(chǎng)一次又一次的堅定選擇。而縱覽能夠走出實(shí)驗室、接受市場(chǎng)檢驗的各類(lèi)光伏技術(shù)，N型ABC組件至今已連續18個(gè)月保持組件量產(chǎn)效率第一，組件量產(chǎn)效率達到24.2%，是單結晶硅時(shí)代當之無(wú)愧的“效率之王”。
光伏電池走過(guò)70年發(fā)展歷程，“光”海沉浮中一個(gè)又一個(gè)新技術(shù)高高躍起又沒(méi)入天際，你方唱罷我登臺，沒(méi)有人敢停下創(chuàng )新的腳步，各家光伏企業(yè)競相追逐的結果，是無(wú)法阻擋的光伏技術(shù)升級迭代，是光伏電池轉換效率的不斷攀升。擁抱進(jìn)步、持續逼近太陽(yáng)能利用的極限，既是整個(gè)光伏行業(yè)的使命，更是實(shí)現清潔能源轉型、推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展的必然追求。
或許有一天，會(huì )有更高效的太陽(yáng)能利用形式突破理論極限、取代單結晶硅，而真正的技術(shù)引領(lǐng)者，絕不甘于伏在昔日的“王冠”上為過(guò)往功績(jì)感慨流連，只會(huì )堅定地面朝向代表更高效率的未來(lái)，“踏平坎坷成大道，斗罷艱險又出發(fā)”。
常被認為“小眾”“只適合做分布式”的BC組件得以打入集中式市場(chǎng)，離不開(kāi)自身技術(shù)與產(chǎn)品的日臻成熟：BC技術(shù)已從實(shí)驗室里的“奢侈品”成為量產(chǎn)效率的冠軍。曾經(jīng)引領(lǐng)過(guò)光伏行業(yè)時(shí)代變革的愛(ài)旭、隆基，已先后轉向BC技術(shù)路線(xiàn)；目前占據大塊光伏市場(chǎng)份額的TOPCon頭部廠(chǎng)商，無(wú)一不在進(jìn)行BC技術(shù)儲備與追趕。憑借受光面積更大的電池結構設計、更加徹底的鈍化工藝、行業(yè)領(lǐng)先的量產(chǎn)效率，愛(ài)旭N型ABC技術(shù)儼然已成為單結晶硅技術(shù)變革的引領(lǐng)者。
“ABC”——追求極致的決心
單結晶硅電池技術(shù)路線(xiàn)繁多，但都遵循一個(gè)共通的原理：太陽(yáng)光激發(fā)半導體電池內的PN結產(chǎn)生光電效應，電極收集載流子形成電流發(fā)電。其中，PERC、TOPCon、HJT等電池的正負金屬電極分別位于電池的正面和背面，而位于正面的電極存在金屬遮擋，約5%的太陽(yáng)光不能充分被電池吸收和利用。金屬遮擋的存在，直接限制了上述技術(shù)路線(xiàn)的轉換效率空間。
為了消除這種結構上的缺陷，盡可能多地利用每一縷陽(yáng)光，BC電池應運而生。正如ABC（All Back Contact）技術(shù)的字面描述，ABC電池的p區和n區均設置在電池背面，正面無(wú)需設置發(fā)射極或表面場(chǎng)，電池正面金屬柵線(xiàn)遮擋損失降到0%，從而實(shí)現全面積受光和全硅發(fā)電，使得BC電池相較傳統的前后表面都有柵線(xiàn)的電池的轉換效率顯著(zhù)提升。
說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，把全部金屬接觸都轉移至電池背面的操作并不容易。BC電池正、負電極均位于背面，需要在密集的電極排布中將正、負電極區隔開(kāi)來(lái)，避免漏電；將金屬接觸全部置于背面后，背面圖形化難度陡升，傳統的掩膜光刻工序復雜、成本高、良率低，無(wú)法適應大規模生產(chǎn)……電池結構的變化，既開(kāi)辟了效率提升的空間，也提高了電池研發(fā)及生產(chǎn)制造的門(mén)檻，這也是為何長(cháng)期以來(lái)BC技術(shù)未能實(shí)現規?；慨a(chǎn)，一度被視作單結晶硅電池“待摘的明珠”。
最為接近單結晶硅極限轉換效率的路線(xiàn)，注定了只有追求極限才能突破工藝技術(shù)難關(guān)。最終在 BC技術(shù)中首先實(shí)現GW級量產(chǎn)的N型ABC，幾乎集成了各種工藝的極致：背面PN區高低差隔離設計，消除PN區直接接觸帶來(lái)的漏電影響；高質(zhì)量復合介質(zhì)薄膜鈍化，最大程度減少載流子的復合損失；超快激光圖形化技術(shù)，通過(guò)飛秒、皮秒、亞皮秒超快激光一步法完成加工，實(shí)現了低成本、高產(chǎn)能和高良率的規模量產(chǎn)……
由此可見(jiàn)，類(lèi)似“BC只是改變了電池結構，算不上一代新技術(shù)”的論調，只是放大了BC作為一種平臺技術(shù)可以與TOPCon、HJT等疊加的特點(diǎn)，并選擇性無(wú)視了N型ABC在工藝技術(shù)方面的創(chuàng )新與突破；而正是這種創(chuàng )新與突破，讓看似簡(jiǎn)單卻門(mén)檻極高的電池結構設計從理論成為現實(shí)。
減少復合——技術(shù)迭代的核心
某國內光伏企業(yè)負責人曾表示，主流光伏電池技術(shù)的迭代核心就是鈍化技術(shù)。而N型ABC便是目前最徹底地實(shí)現雙面鈍化的光伏電池技術(shù)路線(xiàn)，在光伏技術(shù)追求穩定鈍化技術(shù)的道路上保持領(lǐng)先。
光伏電池對于鈍化的重視，基于光電轉換這一過(guò)程存在多種轉換效率損失。能量太過(guò)大于或小于光伏電池吸收層禁帶寬度的光子無(wú)法有效利用；光伏電池的電流來(lái)源于光生載流子（電子、空穴）的分離和收集，但電池材料的缺陷、雜質(zhì)會(huì )形成復合中心，促使電子與空穴以各種形式復合，能夠收集利用的電流會(huì )相應減少。吸收層禁帶寬度由材料性質(zhì)決定，改良手段有限；通過(guò)鈍化等工藝減少材料中的復合中心，剝奪電子-空穴復合的機會(huì )，從而降低載流子復合造成的電流損失、提升光電轉換效率，成為光伏技術(shù)革新歷程的“主旋律”。
而根據鈍化技術(shù)的應用情況，光伏電池的技術(shù)演變可以分為三個(gè)階段，即：未鈍化發(fā)射極、鈍化發(fā)射極、鈍化接觸。
第一階段的代表技術(shù)鋁背場(chǎng)（Al-BSF）電池，其背面鋁電極與硅襯底整面接觸，金屬鋁與硅基體在界面處會(huì )產(chǎn)生大量復合，嚴重影響載流子的收集。PERC電池的出現，將光伏電池技術(shù)帶入第二階段。PERC電池在電池背表面沉積Al2O3/SiNx疊層鈍化膜，對硅片進(jìn)行場(chǎng)效應鈍化與化學(xué)鈍化，顯著(zhù)減少了背面大多數區域的復合，提高了電池開(kāi)路電壓和長(cháng)波光譜響應，提升了電池效率，也由此開(kāi)啟了PERC為代表的P型電池時(shí)代。
PERC電池使用的是P型單晶硅片，隨著(zhù)制備工藝上的制約被逐漸突破，N型單晶硅片憑借更高的少子壽命、更高的金屬污染容忍度以及不受硼氧復合對相關(guān)的光致衰減（LID）影響等特性，逐漸代替P型硅片成為行業(yè)“新寵”，并催生了單面N型TOPCon技術(shù)。
除了由P轉N，TOPCon技術(shù)還在電池背面引入了具備第三階段特征的鈍化接觸結構，使金屬電極與硅襯底分離，降低了背表面與金屬材料間的復合，實(shí)現了效率的提升；然而，其電池正面仍沿用第二階段的擴散發(fā)射極，發(fā)射極與硅基體之間產(chǎn)生的復合仍舊難以消除，這也使得TOPCon技術(shù)止步于“2.5階段”。
為了邁入真正應用全鈍化接觸技術(shù)的第三階段，光伏行業(yè)又誕生了以正背面非晶硅鈍化的異質(zhì)結（HJT）技術(shù)、將異質(zhì)結與BC結合的HBC技術(shù)、將TOPCon與BC結合的TBC技術(shù)等。BC結構的應用，為電池表面鈍化工藝提供了新的選擇，然而，非晶硅的寄生吸收效應會(huì )減少電池對入射光的有效吸收，限制了HJT與HBC的理論效率；TBC的多項量產(chǎn)工藝則有待進(jìn)一步優(yōu)化……
經(jīng)過(guò)多年持續的研發(fā)攻關(guān)與工藝突破，N型ABC通過(guò)集成多種鈍化技術(shù)，實(shí)現了硅基體全鈍化與全背鈍化接觸，并憑借正面無(wú)遮擋的天然優(yōu)勢，在正面沉積高質(zhì)量多層復合介質(zhì)薄膜，將表面復合降至最低；獨創(chuàng )的金屬化涂布技術(shù)，同步解決了高溫漿料帶來(lái)的接觸不良與界面復合高的問(wèn)題。
由于以多種手段降低了復合帶來(lái)的效率損失，N型ABC電池的效率極限相較目前只實(shí)現了單極鈍化接觸的TOPCon要高出1.2到2個(gè)百分點(diǎn)。N型ABC憑借更徹底的鈍化技術(shù)，成為光伏電池技術(shù)變革的標桿。
轉換效率——光伏發(fā)電的初心
梳理上述工藝技術(shù)演變路徑可以發(fā)現，光伏行業(yè)對技術(shù)升級的需求，本質(zhì)上是對更高轉換效率的追求。為什么效率如此重要？
假設人類(lèi)社會(huì )可以生產(chǎn)無(wú)限多的光伏組件來(lái)接收太陽(yáng)能，即便組件轉化效率很低，終究可以靠足夠多的光伏組件來(lái)滿(mǎn)足電力需求。但現實(shí)情況是，可以安裝光伏組件的土地、屋頂、陽(yáng)臺面積都有限度，電池、組件生產(chǎn)也需要消耗資源……
如何在有限的資源條件下，盡可能多地接收太陽(yáng)能、盡可能多地將接收的太陽(yáng)能轉換為電能，提高資源利用效率、推動(dòng)可持續發(fā)展，這既是光伏發(fā)電技術(shù)的“第一性原理”，也是光伏發(fā)電行業(yè)的“底色”與“初心”。
正是憑著(zhù)對更高效率的追求，有的企業(yè)在多晶硅占據絕對市場(chǎng)優(yōu)勢的情況下，堅決轉向了制備難度更大但轉換效率更高的單晶硅；有的企業(yè)在自身引領(lǐng)P型電池時(shí)代的同時(shí)，義無(wú)反顧地投入代表更高轉換效率的N型電池與組件的研發(fā)創(chuàng )新。無(wú)論是多晶硅還是P型電池，一度都曾是光伏市場(chǎng)的絕對“主流”，但在技術(shù)變革到來(lái)之際，曾經(jīng)的“主流”光環(huán)在更高轉換效率的路徑面前總是黯然失色、快速退出。
追求更高光伏轉換效率，不僅是光伏技術(shù)內在的邏輯，更是光伏市場(chǎng)一次又一次的堅定選擇。而縱覽能夠走出實(shí)驗室、接受市場(chǎng)檢驗的各類(lèi)光伏技術(shù)，N型ABC組件至今已連續18個(gè)月保持組件量產(chǎn)效率第一，組件量產(chǎn)效率達到24.2%，是單結晶硅時(shí)代當之無(wú)愧的“效率之王”。
光伏電池走過(guò)70年發(fā)展歷程，“光”海沉浮中一個(gè)又一個(gè)新技術(shù)高高躍起又沒(méi)入天際，你方唱罷我登臺，沒(méi)有人敢停下創(chuàng )新的腳步，各家光伏企業(yè)競相追逐的結果，是無(wú)法阻擋的光伏技術(shù)升級迭代，是光伏電池轉換效率的不斷攀升。擁抱進(jìn)步、持續逼近太陽(yáng)能利用的極限，既是整個(gè)光伏行業(yè)的使命，更是實(shí)現清潔能源轉型、推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展的必然追求。
或許有一天，會(huì )有更高效的太陽(yáng)能利用形式突破理論極限、取代單結晶硅，而真正的技術(shù)引領(lǐng)者，絕不甘于伏在昔日的“王冠”上為過(guò)往功績(jì)感慨流連，只會(huì )堅定地面朝向代表更高效率的未來(lái)，“踏平坎坷成大道，斗罷艱險又出發(fā)”。