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BC电池栅线优化:ZBB无主栅省银36%,效率稳超26%
日期:2026-06-24
钝化接触叠加背接触,是晶硅电池突破27%效率的关键路径。将正负电极全部移至背面,消除了正面遮光损失,短路电流天然更高,外观也更干净。但这一设计也带来新的挑战:细栅、主栅、焊盘等参数的深度耦合使栅线优化极易陷入局部最优,同时,TOPCon和HBC电池的银耗本就高于PERC,面对太瓦级制造,降银势在必行,ZBB结构因此应运而生。美能非接触IV测试仪,无损、零耗材、毫秒级测速,适配BC/无主栅,一次测出IV/EQE/PL多维参数。
本研究针对TBC电池,建立了一套融合光学仿真、电学仿真与金属电阻解析计算的系统化栅线优化方法,分别在焊盘式和ZBB两种设计框架下,量化效率-银耗之间的关系,为高效低银的BC电池设计提供明确的优化方向。

TBC截面示意
本文以G12R半片TBC电池(182 mm × 105 mm)为例进行栅线设计演示,所采用方法可推广至不同尺寸电池,结合了光学仿真与电学仿真及金属电阻解析计算,建立栅线优化的完整流程。
Quokka3单元细栅几何
SunSolve跑光学:蒙特卡洛光线追迹结合薄膜光学,模拟光子在电池里的吸收、反射和透射,输出载流子产生分布。
Quokka3跑电学:恒定电势模式,只关注半导体内部的输运和复合,暂时忽略金属电阻,得出每种栅线配置的理想效率ηquokka。
解析公式算金属电阻损失Pm,基于丝网印刷银的电阻率和细栅、主栅、焊盘的几何尺寸,推导各部分功率损失,最终效率=ηquokka−Pm。
焊盘式栅线
ZBB栅线
为什么不一口气全跑有限元?焊盘建模进去,几何单元从一对细栅膨胀到五至八对,计算量直接爆炸。解耦后,半导体效率用Quokka3小单元模拟,金属损耗走解析公式,精度不丢,大规模参数扫描却能跑起来。
VOC/JSC/FF/η随发射极占比和细栅宽度的二维扫描(Sb=9mm, Sf=1mm)
发射极占比(p型多晶硅区宽度÷细栅间距)同时牵动三件事:电学遮挡面积、钝化饱和电流J₀,surface、以及少子在BSF区里的横向输运电阻。p-多晶硅的J₀和薄层电阻都比n-多晶硅高,低发射极占比对VOC有利,但BSF区太宽会让JSC掉下来,FF则有一个最优平衡点。细栅宽度从20 μm扫到35 μm,最优发射极占比始终是0.5。工艺上不用为不同细栅宽度单独调这个参数。
细栅间距压倒细栅宽度
固定主栅间距下I-V扫描
可变主栅间距全扫描(4×5×7参数组合)
效率主要由细栅间距主导:间距越大,载流子横向输运越长,FF越低。细栅宽度的作用明显弱一截。窄间距搭窄细栅,宽间距搭粗细栅。稀疏主栅布局下掺杂主栅的电学遮挡减弱,FF略有提升。
Pm相关性矩阵

Pm和η随Nb/Np的变化
相关性矩阵给了一个反直觉的结果:主栅电阻损失与总金属损失的相关系数高达0.93,细栅只有0.58。焊盘式TBC要提高效率,先动主栅:加宽、加密、多加焊盘。28根主栅在电池层面基本够了,Nb=28和30的η几乎重叠;但组件层面还得考虑互联焊带的电阻。银浆消耗卡到40 mg以下,主栅宽度最优值从0.3 mm直接跳到0.1 mm,省下的银分配给更密的细栅来提升ηquokka。细栅宽度20 μm在大多数场景最优。更有意思的是,单算细栅的功率损失远小于包含主栅和焊盘的总损失,取消主栅焊盘的ZBB方案降银空间巨大。
ZBB:主栅数量压倒一切
ZBB相关性矩阵
Pm和η随Nb/wb变化
ZBB取消焊盘后,细栅损失Pf与总损失Pm的相关系数飙到0.96,远高于主栅损失Pb(0.67)和和锥形主栅损失(0.70),物理逻辑很直接:ZBB细栅电流走完整段长度,电阻损失与细栅长度(=主栅间距的一半)的平方成正比。增加主栅数量等于缩短细栅长度,是ZBB最有效的杠杆。Nb从30减到20,绝对效率损失约0.1%,这个数正比于银电阻率。细栅间距0.8 mm几乎总最优,银耗压到35 mg以下才被迫放宽。细栅宽度银耗<50 mg时20 μm最优,超过50 mg时35 μm更划算。
两种设计的最大η等值线对比
效率-银耗(mg/W)坐标下一目了然:ZBB TBC用~7 mg/W银浆就能稳住26%±0.1%的效率,焊盘式至少需要11 mg/W。ZBB银耗直省约36%。同等主栅配置、银耗>10 mg/W条件下,ZBB效率高出约0.1%绝对值(±0.02%);银耗压到10 mg/W以下,差距进一步拉大。主栅从30减到20,两种设计都掉约0.1%绝对效率。
但ZBB不是没代价。砍掉焊盘和主栅后,互联可靠性和组件长期耐久性还得工程化验证。
从仿真落到产线,测试环节也是一道绕不开的坎。BC电池电极全在背面,ZBB连主栅都取消了,传统探针式IV对齐难、易留隐裂,测试本身就是良率损耗。美能光伏的非接触方案通过电磁耦合拾取I-V,毫秒级测量,零接触免耗材。更关键的是不依赖宽主栅,无主栅、超细栅、BC架构直接测,一次测量同步输出EQE、体电阻和PL信号。
综合来看,这项工作的价值在于用三层解耦的方法把BC栅线优化从"凭经验试"拉到了"全参数系统扫描"的层面,跳出了局部最优的陷阱。几个结论可以直接落到产线上:发射极占比锁0.5,不用随细栅宽度反复调;焊盘式设计想提效率先动主栅,主栅损失和总金属损失的相关系数0.93,细栅宽度和间距的贡献微乎其微;ZBB则反过来,优先加主栅数量来缩短细栅长度,细栅电阻损失跟长度的平方挂钩,解析公式讲得明明白白。最终的账算下来,ZBB用7 mg/W的银耗就能撑住26%±0.1%的效率,焊盘式至少要11 mg/W,省银36%还多出约0.1%绝对效率。当然,ZBB砍掉了焊盘和主栅,互联可靠性和组件耐久性还得在工程线上继续跑数据,同样要跟上的还有产线测试能力——当栅线进化到ZBB+超细栅,探针接触式测试的天花板就摸得到了,非接触方案会从"加分项"变成产线标配。
美能非接触式IV测试仪
联系电话:400-0086-690
美能光伏在光伏检测领域深耕多年,结合量产实践与学术前沿研究成果,推出美能非接触式IV测试仪,全路线晶硅电池毫秒级无损检测方案:无损、零耗材、毫秒级测速,适配BC/无主栅,一次测出IV/EQE/PL多维参数。
▶ 毫秒级测量:消除机械动作耗时,匹配高速产线,产能倍数级释放
▶ 绝对零接触:适配超薄片、无主栅、BC电池等先进结构,无损伤、无耗材
▶ 全路线兼容:PERC / TOPCon / HJT / BC等
▶ 五维数据同步采集:IV + EQE + SR + Re + PL,一次装片全出
美能非接触式IV测试仪,重新定义高效电池检测标准。零物理接触彻底杜绝隐裂与污染风险,毫秒级超高效吞吐完美匹配产线节拍,高精度测试数据为工艺优化提供可靠依据,同时大幅降低运维与耗材成本。无需在“品质”与“效率”间权衡,这是高效电池量产检测的理想之选。
原文参考:Grid Optimization of Tunnel Oxide Passivated Back Contact Silicon Solar Cells











































































