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无光刻+全丝网印刷:BC电池低成本量产新工艺
日期:2026-04-20浏览量:5
晶体硅(c-Si)光伏技术目前占据全球约98%的市场份额。在众多电池结构中,叉指式背接触(IBC)电池由于正面无金属遮挡、光学损失低,被认为是效率潜力最高的结构之一。当前,基于异质结、POLO及先进钝化接触技术的IBC电池效率已突破26%,甚至达到27%以上。美能QE量子效率测试仪可用于精确测量太阳电池的EQE与光谱响应,帮助优化界面工程和背接触设计,从而提升电池的量子效率和整体性能。
尽管效率优势显著,IBC电池在产业化方面仍面临挑战,尤其是背面复杂图形化工艺带来的高成本与高工艺门槛。现有主流方案通常依赖激光刻蚀、光刻或离子注入等高精度工艺,不仅增加设备投入,也提高了工艺复杂度。
本文提出一种完全基于丝网印刷、无需光刻与激光的IBC制造工艺。该方法利用现有n型电池产线常规设备,实现选择性掺杂与图形构建,为IBC技术提供了一条兼具低成本与可扩展性的实现路径。
工艺设计与实验方法
全丝网印刷IBC电池的工艺流程示意图:左为FFE结构,右为FSF结构
本研究采用电阻率1–3 Ω·cm的n型Cz硅片(M2尺寸)作为基底,经过碱制绒和清洗后,在其表面通过PECVD沉积SiNx薄膜作为扩散阻挡层。
为评估其性能,分别制备了富硅与富氮两类SiNx薄膜,并设置80、100和120 nm三种厚度。椭偏测试结果表明,膜厚控制精度在±5 nm以内,富氮膜折射率约为1.87–1.93,富硅膜为2.05–2.10。
蚀刻阻挡浆料在丝网印刷过程及干燥后的形貌
在图形化过程中,首先通过丝网印刷在SiNx表面形成耐酸蚀刻掩膜(etch resist),随后在稀HF溶液中进行湿法刻蚀,使未被保护区域的SiNx去除,从而形成扩散窗口。该方法无需光刻即可实现高选择性的图形定义。
发射极与BSF区域丝网模板设计及叉指结构示意(不同颜色对应不同pitch)
根据不同掺杂需求,采用不同图形模板分别定义发射极与背表面场(BSF)区域。同时,在设计中预留未刻蚀的SiNx间隔区,作为p⁺与n⁺区域之间的隔离带,有效抑制掺杂串扰。
扩散步骤采用工业常规BCl₃与POCl₃扩散炉,实现硼与磷的选择性掺杂。随后通过原子层沉积(ALD)制备Al₂O₃层,并叠加PECVD SiNx形成复合钝化结构。
在结构设计方面,分别制备了前表面场(FSF)与前漂浮发射极(FFE)两种IBC结构。其中,FFE结构具有更高的工艺容忍度及更优的载流子收集能力。
SiNx扩散阻挡层的图形化性能
不同膜厚条件下富硅与富氮SiNx图形化效果对比
对比结果表明,富氮SiNx在HF溶液中更易刻蚀,能够形成清晰且完整的图形开口;而富硅SiNx刻蚀困难,容易导致图形残留,影响后续扩散。
当厚度为100 nm及120 nm时,富氮SiNx均表现出良好的图形质量。其中120 nm薄膜在高温扩散过程中具备更优的阻挡能力,未出现明显的掺杂串扰,适用于IBC结构的扩散控制。
选择性扩散与表面钝化
发射极、BSF及FFE/FSF区域的典型扩散掺杂剖面
利用图形化SiNx作为扩散阻挡层,成功实现了硼与磷的选择性扩散。ECV测试表明掺杂轮廓清晰且界面陡峭,满足IBC结构需求。
半成品IBC电池的iVoc及不同pitch结构示意
在钝化方面,Al₂O₃/SiNx叠层结构表现优于单层SiNx,烧结后隐含开路电压(iVoc)可达约650–660 mV。
然而,器件的复合电流密度J₀仍处于较高水平(约90–150 fA/cm²),主要原因包括高表面掺杂浓度引发的Auger复合、界面钝化不足以及烧结过程中的氢逸出效应。这些因素共同限制了Voc的进一步提升。
金属化与接触特性
BSF与发射极区域的接触电阻率随烧结温度变化关系
电池背面金属化采用工业常规的穿透烧结银浆(Ag)与银铝浆(AgAl),并通过传送带烧结炉实现接触形成。
TLM测试结果显示,当峰值温度超过855℃时,p⁺与n⁺区域的接触电阻率均可低于10 mΩ·cm²。同时,较低的传送带速度有助于改善接触质量,说明充分的热预算对接触形成至关重要。
整个工艺过程中未出现明显的对位偏差或短路现象,表明丝网印刷在图形定义中的稳定性良好。
电池性能与损失机制
IBC电池正反面实物图
所制备IBC电池在3 cm²有效面积上实现:
FFE结构效率:19.3%
FSF结构效率:19.1%
性能分析表明,电池效率主要受以下因素限制:
开路电压偏低(复合损失较大)
填充因子不足(串联与并联电阻影响)
EQE测试进一步显示,BSF区域的载流子收集效率明显低于发射极区域,是限制器件性能的关键因素。此外,较大pitch虽有利于发射极区域收集,但会加剧BSF区域损失。因此,未来优化应重点关注BSF区域掺杂与钝化、pitch设计以及复合损失降低。
工艺优势与产业化潜力
该工艺完全基于现有n型电池产线设备,包括PECVD、丝网印刷、湿法刻蚀、扩散与烧结等,无需引入光刻或激光设备,显著降低了设备投资与工艺复杂度。
其核心优势包括:
工艺流程简单,兼容性强
图形定义灵活,可通过更换丝网快速迭代
避免掺杂浆料与腐蚀浆料带来的污染问题
具备良好的工艺窗口与量产潜力
此外,该方法还可扩展至POLO-IBC与TOPCon-IBC等高效结构,通过对钝化接触层进行选择性图形化,有望进一步提升电池性能。
本文提出了一种全丝网印刷、无光刻与激光的IBC电池制造工艺,实现了选择性掺杂、有效钝化及低接触电阻金属化,并成功制备出效率达19.3%的IBC电池。尽管当前效率仍低于最先进水平,但限制因素主要来自结构与参数优化不足,而非工艺本身。该方法在降低成本、简化工艺及提升产业兼容性方面具有明显优势,并具备向高效IBC结构拓展的潜力。未来,通过进一步优化掺杂分布、钝化质量及结构设计,有望实现更高效率,推动IBC技术加速产业化。
联系电话:400 008 6690
美能QE量子效率测试仪可以用来测量太阳能电池的光谱响应,并通过其量子效率来诊断太阳能电池存在的光谱响应偏低区域问题。它具有普遍的兼容性、广阔的光谱测量范围、测试的准确性和可追溯性等优势。
▶兼容所有太阳能电池类型,满足多种测试需求
▶光谱范围可达300-2500nm,并提供特殊化定制
▶氙灯+卤素灯双光源结构,保证光源稳定性
原文参考:A fully screen-printed, lithography-free manufacturing route for interdigitated back contact silicon solar cells








































































