什么是BC電池?
BC電池全稱為背接觸電池,其基型是IBC電池(交叉指式背接觸電池),與其他晶硅電池路線最大的不同在于:發射級、表面場和金屬電極都做在電池背面,并交叉指式分布,電池正表面無任何柵線遮擋,最大限度地利用入射光,減少光學損失,帶來更多有效發電面積,擁有高轉換效率,且外觀上更加美觀。
圖片來源:晶旭晟華新能源
IBC電池,也稱為交叉背接觸電池,是將電池正面的電極柵線全部轉移到電池背面,PN 結和金屬接觸都處于電池背部,呈叉指狀方式排列,從而減少電池柵線對陽光的遮擋,提高電池轉換效率。
IBC電池是一種較為純粹的單面電池,主要通過結構的改變來提高轉換效率,IBC電池沒有遮蔽電池的正面金屬觸點,因此具有更高的光子撞擊轉換面積。
嚴格意義上講,BC電池是在結構上做優化的電池制作技術,不是一種單獨的電池片種類。無論是P型還是N型電池,都是可以疊加BC電池技術,做出新型電池片。P型電池疊加BC技術的電池就是PBC。TOPCon疊加BC技術的電池就是TBC。HJT疊加BC技術的電池就是HBC。目前,主要包括IBC、HBC、PBC、ABC、HPBC等技術路線。其中,隆基綠能的HPBC路線,電極排列從視覺上是一條直線;中來股份對于BC也有相關的技術儲備,主要IBC技術路線為交叉排列。此外,還有ABC、TBC等技術路線。總體來看,BC電池技術多樣,是N型電池技術中最具有差異化的路線。
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隨著光伏行業的快速發展,光伏領域技術迭代升級不斷加快。截至目前,光伏電池經歷了第一代晶硅電池、第二代薄膜電池再到第三代新型電池。其中,根據硅基電池片,第一代晶硅電池可分為P型電池和N型電池,N型電池又可細分為TOPCon、HJT、IBC和HBC(HJT+IBC)四種。
BC電池的發展歷程
BC電池技術特點
BC電池技術的優勢主要體現在三個方面:
一是BC電池的結構特點在于正面無柵線,這種正面無遮擋結構完全消除柵線電極造成的遮蔽損耗,實現入射光子的最大利用,較常規太陽能電池短路電流Jsc可提高7%左右;
二是組件封裝更為方便靈活,從常規的“Z”字形焊接更改為全背面“一”字形焊接,避免常規的復雜封裝流程,并且可有效提升組件抗隱裂能力,如隆基HPBC電池的邊緣應力相較傳統非BC類電池片邊緣應力減少48%;
三是外形美觀,正面色調更均勻美觀。
瑞典斯德哥爾摩應用HPBC技術的屋頂項目
來源:隆基的碳中和朋友
通過比較PERC、TOPCon、HJT、BC電池優缺點可以看出,BC電池在電池的穩定效率方面表現最佳,外形美觀。但由于BC電池工藝復雜,設備資金投入大,其投資成本高于TOPCon和HJT電池技術路線。
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BC電池工藝
IBC電池是商業化晶體硅電池中工藝最復雜、結構設計難度最大的電池。核心工藝在于制備PN結、鈍化鍍膜以及金屬化柵線。
IBC對基體材料要求較高,制備背部PN結需要圖形化技術,需多次掩膜和光刻技術,對gap區域需非常精準。此外,為了還需添加鈍化結構提升少子壽命,對鍍膜工藝要求也很高,整體生產成本較高。
BC電池與TOPCon、HJT等電池之間不是并列關系,BC電池屬于一種平臺型技術,無排他性且兼容性強,可以與其他電池技術疊加,發展潛力較大,未來有望成為新一代的平臺型技術。IBC電池可以與TOPCon電池疊加形成TBC電池,與HJT電池疊加形成HBC電池,與P型電池疊加形成HPBC電池等,從而帶動電池整體光電轉換效率進一步提升。
隨著各大廠商將TOPCon和HJT等技術的特點與BC電池相結合,目前BC電池逐步形成了三大主流工藝路線,包括經典的IBC電池技術、更具低成本優勢的TBC電池工藝以及HBC電池工藝。
TBC電池:TOPCon與IBC技術結合形成TBC電池,又名POLO-IBC電池。
TBC兼具Topcon的隧穿氧化層技術和IBC背面排布電極的優勢,鈍化效果和開路電壓顯著提高,可以在實現更高電池轉換效率同時具備經濟性。
TBC技術難度更高,需要同時解決TOPCon和IBC的生產工藝問題,因此整體工藝更復雜。
TBC電池完整的生產流程主要包括沉積隧穿氧化層及P+多晶硅、沉積鈍化膜、在硅片的背面印刷電極等。TBC電池在TOPCon生產工藝的基礎上需要增加掩膜、激光開槽、PN區制備、刻蝕等背面電極的相關工藝,掩膜主要通過APCVD或PECVD來完成,PN區的制備主要由PECVD來完成,刻蝕主要采用傳統的濕法設備,而開槽工藝則需要通過激光設備來完成。
TBC電池主要是通過對IBC電池的背面進行優化設計來降低整體復合,提升鈍化效果和轉換效率。
HBC電池:HJT和IBC技術結合形成HBC電池,即異質結背接觸電池。
該電池的正面沒有電極遮擋,前表面鈍化層采用氫化非晶硅,在背面分別沉積N型和P型的非晶硅薄膜形成異質結。
HBC電池很好地結合了IBC電池和異質結電池的優勢,充分利用了非晶硅優越的表面鈍化性能,背面形成的異質結結構具有很好的鈍化效果,能夠同時取得更高的大短路電流和開路電壓,從而提升光電轉換效率。
HBC提升效率優勢顯著,但是需要同時解決IBC和HJT生產工藝的難點,IBC工藝對于基體材料和前表面鈍化的要求較高,需要經過多次掩膜和光刻技術,同時gap區域需要非常精準。
BC電池相關企業布局
1、隆基綠能
2023年9月,隆基正式宣布選擇BC電池技術路線。此后幾個月,隆基在這一領域頻頻發力,推出了一系列重磅產品,如隆基泰睿硅片、HPBC 2.0電池、Hi-MO9、Hi-MO X6 Max等,展現出隆基在BC技術領域的深厚積累和堅定決心,迅速引發了市場的廣泛關注。
圖片來源:隆基綠能
隆基基于BC技術開發的系列產品,不僅適用于地面集中電站等大型項目,還可廣泛應用于分布式光伏、戶用光伏、建筑光伏一體化等全場景,為其用能需求提供高效、可靠、經濟的解決方案。而這種全場景應用的能力,使得BC技術在光伏市場中具有更廣泛的適用性和更強的競爭力。
圖片來源:隆基綠能
近日,隆基綠能董事長鐘寶申在西安舉行的投資者交流會上表示,現在,隆基的戰略已經非常清晰——全面投資BC技術,未來大量的產品會采用BC類電池技術路線。“公司從今年下半年開始會有很多產能投入建設,明年第一、二季度,BC二代產品會大規模投放市場。公司整體的計劃是到2025年年底,BC一代和BC二代合計產能大致將達到70GW左右。”
2、愛旭股份
2021年,愛旭推出第一款正面臻黑無柵線的ABC電池,率先進入單結晶硅終極技術時代;2023年,愛旭珠海10GW ABC電池及組件產能投產,引領行業邁入n型BC技術的真正規模化量產時代。
愛旭ABC全背接觸太陽晶硅電池
圖片來源:愛旭股份
在電池環節,愛旭不遺余力地在各項技術上實現跨越級創新。除了開創性地發明獨有的ABC結構工藝,全鈍化接觸技術專利帶來了-0.26%/℃的極佳溫度系數、全無銀涂布工藝帶來銀耗掣肘的解除、全生命周期熱斑風險控制及陰影優化、超快激光圖形化……種種前沿量產性技術工藝的突破將ABC的領先性拉開到行業企業難以企及的維度,因而愛旭方敢自豪笑稱“產線上隨便挑一塊電池都能打破世界紀錄”。
3、國家電投黃河水電
近年來,黃河公司在加快推進光伏全產業鏈創新發展,特別是在IBC電池組件的科技研發、自主創新、成果轉化等方面取得顯著成果,建成國內首條量產200兆瓦高效IBC電池組件生產線,電池研發效率達到25.06%,生產規模及產業化技術水平全球領先。
圖片來源:黃河水電
BC電池未來發展趨勢
BC電池應用場景豐富,天然適用于分布式光伏場景。由于BC電池正面無柵線,外表更美觀,更契合分布式戶用場景需求,特別是BIPV,可以充分結合BC組件的美觀和建筑藝術,做到光伏建筑一體化。以海外主要市場——歐洲為例,歐洲大部分新增裝機量都以分布式為主,且歐洲更喜歡黑色屋頂的建筑風格,十分契合BC電池的特點。
由于BC電池可以做成柔性組件,具有重量輕、可彎曲的特點,多應用于車輛、輪船、衛星以及承重能力較差的建筑物上。
放眼國內,乃至在全球范圍內,BC電池產業正處于蓬勃發展期,其經濟發展趨勢受到廣泛關注。總的來說,BC技術路線備受關注是必然趨勢,隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展,BC技術將會在光伏行業中發揮越來越重要的作用。
2023-2030 年不同電池技術路線市場占比變化趨勢來源:中國光伏行業協會
內容資料參考來源:能課堂、中國光伏行業協會CPIA、
隆基綠能、愛旭股份、黃河水電、隆基的碳中和朋友、
中步擎天新能源、建泓時代等