4月27日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會、德國萊茵TüV集團、鑒衡認證中心、愛旭股份、隆基綠能于北京聯(lián)合發(fā)布了《背接觸（BC）電池技術發(fā)展白皮書》，圍繞技術標準制定、應用規(guī)范完善和產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建三大維度，系統(tǒng)解析了BC技術的產(chǎn)業(yè)化實施路徑與可持續(xù)發(fā)展?jié)撃堋坌袷紫茖W家王永謙出席活動并發(fā)表題為《BC技術產(chǎn)業(yè)化的抉擇、突破與未來》的主題演講。

*以下為精華版全文*

眾所周知，P型技術，包括普通的單、多晶及PERC技術都已經(jīng)完成了它們的歷史使命?；谏虡I(yè)化的N型硅片的品質遠高于P型，所以N型取代P型就成了太陽電池及組件技術迭代和效率升級的必然趨勢。N型電池技術的結構類型主要有四種，分別是PERT、HJT、TOPCon和BC電池。N型時代高效電池的一個顯著特征是對于金屬化電極下面的鈍化接觸高度重視，四種電池中PERT電池的電極下面沒有鈍化接觸，復合損失大，效率低，不具有量產(chǎn)價值；HJT電池雖然擁有正負極的雙極鈍化，但是受光面的寄生吸收嚴重，效率提升受到限制，另外工藝成本也還比較高；TOPCon是典型的單極（負極）鈍化接觸，另外一極（正極）沒有鈍化接觸，造成的效率損失比較大。BC電池不僅具有雙極鈍化，而且正面沒有柵線遮擋，無論從光學設計方面還是電學性質方面都是最完美的結構選擇，因而具有最接近晶硅太陽電池理論極限效率的量產(chǎn)效率。BC電池又可細分為三種：分別是隧穿氧化層多晶硅鈍化接觸的、非晶硅異質結鈍化接觸的、以及這兩種鈍化接觸混合的BC電池。

典型的、具有圖形化設計概念的BC電池的原型器件是在半個世紀前的1975年由普渡大學的兩位研究者制備的，當時的電池效率達到了17%。但是由于技術難度和成本太高，一直未能實現(xiàn)GW級以上的規(guī)模量產(chǎn)和出貨，使得這一在電池結構與轉換效率上具有巨大優(yōu)勢和潛力的技術類型長期被排除在晶硅電池主流產(chǎn)品之外。

從P型到N型，很多同行選擇了進步空間相對較小、技術難度相對較低的Topcon和HJT作為產(chǎn)品研發(fā)和更新?lián)Q代的努力方向。愛旭在對太陽電池技術現(xiàn)狀及其中長期發(fā)展趨勢認真洞察和謹慎分析的基礎上，選定技術難度高、挑戰(zhàn)大、但進步空間更大的BC作為我們從P型PERC電池向下一代電池技術演進的方向，期望能夠跳過中間一些過渡型技術路線的選擇，取得更進一步的產(chǎn)品技術領先。因此我們在2016年分別設立了BC電池研發(fā)、組件研發(fā)和新型金屬化研發(fā)3個實驗室，專注于BC產(chǎn)品技術領域的各項研發(fā)工作，其中重點是隧穿氧化層多晶硅鈍化的全背接觸，我們把這個產(chǎn)品命名為ABC（即 All Back Contact），把這個產(chǎn)品技術作為產(chǎn)業(yè)化的主攻方向。在隨后的幾年中分別建成BC電池及組件的中試和量產(chǎn)線，首次實現(xiàn)了BC技術的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。其中的幾個里程碑事件分別是：2021年6月發(fā)布無銀金屬化技術的ABC產(chǎn)品；同年10GW級無銀金屬化ABC電池、組件實現(xiàn)量產(chǎn)，電池效率達到26.5%；2023年12月發(fā)布70%及以上雙面率的ABC產(chǎn)品；同年15GW 級的高雙面率ABC組件實現(xiàn)量產(chǎn)，電池效率達到27.2%；2024年6月發(fā)布25.2%組件效率的ABC滿屏組件產(chǎn)品，15GW的滿屏ABC電池組件項目開始投建。

愛旭第三代黑洞系列“滿屏”組件產(chǎn)品

在BC技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中，愛旭在硅片、電池、組件三個環(huán)節(jié)都取得了關鍵性的技術突破，與此同時進行了一系列的核心知識產(chǎn)品布局，截至目前完成了BC相關的1100多件專利的申請，獲得授權400多件，預計25年授權專利將達到700余項。下面具體介紹一下關鍵技術突破方面的內容。

首先，硅片環(huán)節(jié)，由電池效率與硅片電阻率的關系曲線中可以看到，真正高的電池效率對應的是高阻，傳統(tǒng)拉晶技術產(chǎn)出的低阻硅片不能勝任高效率BC電池的制作。 新一代拉晶技術——輕摻雜超導磁控（LD-MCZ）拉晶技術以及低壓拉晶技術，實現(xiàn)了硅片從傳統(tǒng)的低阻高氧向高阻低氧的轉變，為BC電池提供了27%以上的量產(chǎn)效率空間。

另外從結構及電輸運方面來看，BC電池的載流子輸運和收集路徑顯著長于傳統(tǒng)的前后接觸的電池（例如TOPCon)，客觀上就要求具有更高的體壽命，新一代的輕摻雜高阻低氧硅片很好地滿足了這一要求。

電池環(huán)節(jié)，在過去，BC電池制備基本上都是采用一步法來同時制備p、n區(qū)的隧穿氧化層、甚至包括多晶硅層。例如，先制備統(tǒng)一的隧穿層和多晶硅前驅體層，然后在需要制備p區(qū)和n區(qū)的上面分別沉積磷硅玻璃層和硼硅玻璃層，然后再通過統(tǒng)一的高溫退火實現(xiàn)p區(qū)和n區(qū)多晶硅的摻雜。這種方案的顯著缺點是無法滿足p、n區(qū)對隧穿層實際上的不同要求，p、n區(qū)的鈍化接觸性能只能折中考慮；愛旭發(fā)展的兩步法制備鈍化接觸膜層的技術路徑，不僅消除了p區(qū)更高溫制備對n區(qū)的不利影響，而且更重要的是實現(xiàn)了p、n區(qū)隧穿層和摻雜層的分別制備，方便實現(xiàn)p、n區(qū)各自的鈍化接觸的最優(yōu)化。

p、n區(qū)隧穿層分別制備的兩步法

隧穿氧化層和多晶硅的質量決定著鈍化接觸性能的好壞。通過對熱平衡過程進行熱場模擬，重構高溫管內的熱力學平衡體系，在層流控制與鈍化動力學之間找到黃金平衡點，以及開發(fā)智能應力場均衡系統(tǒng)，運用CFD流體力學仿真實現(xiàn)溫度場±0.5℃超精密控制，我們成功地制備出了鈍化質量高、膜層應力低、一致性良好的n區(qū)和p區(qū)鈍化接觸，為ABC電池量產(chǎn)效率超過27%創(chuàng)造了必要條件。

圖形化是BC電池大規(guī)模量產(chǎn)的關鍵步驟，事關低成本和高良率能否實現(xiàn)。傳統(tǒng)的半導體掩膜光刻方法工序多、工藝復雜、成本高、良率控制難度高，難以適用于批量生產(chǎn)。愛旭開發(fā)并首次使用的超快激光（飛秒、皮秒、亞皮秒）刻蝕方法，非常簡捷和高精密度、高重復性地實現(xiàn)了BC電池的圖形化。以足夠低的成本、足夠高的產(chǎn)能的實現(xiàn)極大的推動BC技術大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

原則上0BB技術通過取消電池主柵，讓焊帶與細柵直接連接，從而可以消除電流在主柵線上的傳輸損耗，是提高電池效率和組件功率的有效方法。但是這種取消主柵的設計很難避開因焊接質量降低而引起的組件可靠性降低的負面影響。愛旭在0BB電池結構設計、關鍵設備改良與工藝革新方面的一系列思考和發(fā)明，有效的規(guī)避了焊帶與細柵線焊接不良的普遍問題，率先在BC電池上實現(xiàn)了0BB量產(chǎn)技術的突破，不僅進一步提高了BC電池及組件的轉換效率，也有效地提高了BC電池及組件的雙面率。

光伏已經(jīng)迎來了TW時代，TW時代光伏用銀的少銀化要求更加迫切，為此愛旭在BC電池金屬化量產(chǎn)線上持續(xù)推進少銀化和無銀化的技術進步。2024年基于對鋼板印刷技術的理解和摸索，結合BC電池和組件針對性設計方面的不斷改進，終于找到了BC電池圖形化與鋼板印刷優(yōu)勢的契合點，制定出在BC電池規(guī)模量產(chǎn)線上導入鋼板印刷技術的通用方案，為BC技術實現(xiàn)少銀化、迅速降低金屬化成本及時尋找到了一個突破口。

愛旭一直致力于太陽電池的無銀金屬化的技術攻關，經(jīng)過長期不懈的努力，終于全面克服了濕制程金屬化過程中的諸多技術障礙，成功開發(fā)出了適用于BC電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的無銀金屬涂布技術。在光伏技術發(fā)展史上，首次實現(xiàn)了10GW級的無銀金屬化太陽電池的穩(wěn)定量產(chǎn)，量產(chǎn)效率和良率超過使用銀漿的電池線?；谶@一成果，可確保光伏產(chǎn)業(yè)無需再為TW時代因貴金屬資源瓶頸的問題而擔憂。

BC太陽電池正負極均布置在同一面，且具有復雜的圖形設計，如何方便、準確、批量的測試，是個相當具有挑戰(zhàn)性的問題。傳統(tǒng)電池測試都是基于探針接觸的測試，難以直接適用于BC電池。愛旭為此另辟蹊徑，針對BC電池特別開發(fā)出一套非接觸的測試設備和方法，這種方法無需探針，避免了探針引起的硅片斷裂，沒有因接觸不良而導致的測量誤差，探針零消耗，電池上也不需要專門用于測試的接觸點，不僅適用于MBB的BC電池，也非常好的適用于0BB的BC電池。

N型ABC電池關鍵技術突破——非接觸測試

BC電池的雙面率一直是個備受關注的問題。在愛旭研究和批量生產(chǎn)ABC電池之前，BC電池的雙面率少有解決思路，愛旭通過多年的重視和不懈努力，成功攻克了BC無雙面率或低雙面率的魔咒，首次將BC電池及組件雙面率顯著提升到70%以上并繼續(xù)改進，明顯地拓展了BC產(chǎn)品的應用場景。與此同時，在確保雙面率不降低的前提下，BC電池效率和組件功率的持續(xù)提升也一直在進行中。

當前組件環(huán)節(jié)的關鍵技術，首先是0BB串焊。0BB串焊接通常會因銅焊帶與銀細柵線之間的熔合或粘合質量差而造成不良。虛焊和過焊的比例很高，導致組件的可靠性和安全性出問題?；跓o銀金屬化的專有技術，愛旭成功地解決了這一挑戰(zhàn)。銅焊帶和銅細柵的合金化質量非常好，幾乎沒有虛焊和過焊問題的存在，組件輸出功率和可靠性得到了充分保障。

傳統(tǒng)組件的版面具有電池片不能覆蓋、不發(fā)電的無效區(qū)域，占比約7.2%。降低這些區(qū)域的占比，可以進一步提升組件的發(fā)電功率。基于BC電池的單面焊接技術特點和優(yōu)勢，愛旭創(chuàng)造性的開發(fā)出電池片充滿整個組件版面的滿屏技術，不僅通過“一”字疊焊消除了片間的留白乃至串間的留白，更將匯流條全部隱藏于背面，顯著提高了電池片在組件中的屏占比，從而實現(xiàn)了更高的組件效率。

以下簡單介紹ABC產(chǎn)品優(yōu)勢，其中之一是ABC電池顯著的抗隱裂優(yōu)勢。下圖展示了在電池片撞擊測試實驗中、ABC電池由于機械強度高而碎裂風險低于傳統(tǒng)電池的效果。

針對光伏組件普遍存在陰影遮擋降低發(fā)電量、持續(xù)發(fā)熱可能引燃、風險高的技術問題，愛旭創(chuàng)新發(fā)展出具有智能關斷和即時導通的微型電路設計技術，為BC組件中的每一張電池片量身定做了導電通道，有效避免了其他類型組件普遍存在的局部陰影遮擋造成的組件發(fā)電效能受損乃至完全損壞的問題。陰影遮擋下發(fā)電性能對比實驗結果顯示，在單片電池片完全遮擋的情況下，ABC組件相當于傳統(tǒng)組件發(fā)電量可多30%。在更多電池片發(fā)生遮擋的情況下，ABC組件的發(fā)電優(yōu)勢更加顯著。

得益于ABC電池優(yōu)異的鈍化效果，電池及組件的特殊結構設計，ABC組件的溫度系數(shù)僅為-0.26%/℃，工作溫度為80℃時相對于傳統(tǒng)組件功率增益可達1.7%。

ABC組件還具有優(yōu)秀的高溫抑制能力。根據(jù)TüV測試報告，在相同的熱斑測試條件下，ABC組件的表面溫度比傳統(tǒng)組件低近50℃，大大降低了火災風險。

ABC組件更低的衰減特性。ABC組件首年和逐年的衰減系數(shù)分別是小于1%和0.35%，在30年的生命周期內，與傳統(tǒng)組件相比，衰減率降低了1.5%。100 MW光伏電站輸出功率估算表明，采用ABC組件可實現(xiàn)0.71%的功率增益。

結合ABC組件前述的優(yōu)點，如正面無柵線、高溫抑制能力和抗隱裂性能，可以大幅度降低組件失效的風險，鑄就ABC組件高可靠、低失效風險的硬核標簽。

基于在硅片、電池和組件三個環(huán)節(jié)的技術突破，愛旭ABC產(chǎn)品實現(xiàn)了大規(guī)模的量產(chǎn)。基于產(chǎn)品質量和性能方面的顯著優(yōu)勢，愛旭ABC產(chǎn)品在國際高端光伏組件市場上備受青睞。自2023年起，愛旭已連續(xù)26次蟬聯(lián)全球商用光伏組件量產(chǎn)效率排行榜榜首。位列榜首的組件規(guī)格是2382*1134的標準尺寸，效率高達24.2%。與此同時在研發(fā)中試線上，2024年我們首度實現(xiàn)了25%以上的BC組件效率，2025年我們期望在BC產(chǎn)品技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得更進一步的突破。

展望下一代電池技術，我們認為是基于BC電池之上的某種結構和功能的疊加或組合；其中光子倍增和鈣鈦礦/BC疊層是比較重要和易于實現(xiàn)的方向。光子倍增可將單個高能光子轉變?yōu)槎鄠€低能光子，有效避免光電轉換過程中高能光子能量的熱化損失，從而顯著提高電池光譜響應的量子效率；鈣鈦礦與BC的疊層、特別是鈣鈦礦和BC的三端疊層具有最高的理論和實際應用場景下的轉換效率。