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1、2023 年深度行业分析研究报告 慧博智能投研 目录 目录 一、概述.1 二、市场空间.6 三、行业壁垒.9 四、竞争格局及龙头复盘.13 五、相关公司.16 六、行业前景.22 一、概述一、概述 1.BC 电池起源与収展电池起源与収展BC 电池(back contact)全称为背接触电池,其基型是 IBC 电池(交叉指式背接触电池),与其他晶硅电池路线最大不同在于:发射极、表面场和金属电极都做在电池背面,并交叉指式分布,电池正表面无任何栅线遮挡,最大限度地利用入射光,减少光学损失,带来更多有效发电面积,拥有高转换效率,且外观上更加美观。传统晶体硅太阳电池的发射极和表面场结构一般位于电池两侧,
2、对应的正负金属电极也位于电池正负表面以便于收集从光生载流子分离出的空穴和电子,同时正面由于金属栅线的存在对电池有一定的遮荫损 失,造成电池短路电流的降低。一方面为了让太阳电池收集更多光生载流子,另一方面为了避免正面金属半导体接触电阻损失,IBC 电池应运而生。(a)是 Schwartz 等早在 1975 年设计的 IBC 电池二维结构示意图,该电池最大特点是发射极区域和背表面场区域交错地分布在电池背面,发射极和背表面场之间有一个窄的无掺杂间隙,同时在电池背表面覆盖一层绝缘层(一般采用 SiO2 钝化层或 SiO2/SiNx 叠层钝化层),再把相应位置的绝缘层刻蚀掉使正负电极分别与发射极和背表面
3、场接触。(b、c)通过对电池正面结构进行诸如 Al2O3 钝化和黑硅技术等优化,在工艺复杂度不增加前提下对电池背面进行发射极和背表面场绝缘性优化设计,使得 IBC 电池转换效率能得到进一步提升。1985 年,Verlinden 等在标准光照下,制备出转换效率为 21%的 IBC 太阳电池;2004 年,美国 SunPower 公司通过采用点接触和丝网印刷技术开发出第一代大面积(149cm2)转换效率为 21.5%的 IBC 电池;三年后,SunPower 公司在原有电池技术的基础上,通过工艺优化和结构改进,研发出平均效率为 22.4%能批量生产的第二代 IBC 电池;2014 年,SunPow
4、er 公司继续在 n 型 Cz 硅片上制备出第三代最高效率达到 25.2%的 IBC 电池。2.BC 电池结构拆解电池结构拆解 SunPower 提出第一代 IBC 电池结构,其后基本奠定了 IBC 电池技术路线的电池结构和工艺框架:1)电池前表面陷光绒面,无栅线遮挡,避免了金属电极遮光损失,最大化吸收入射光子,实现良好短路电nW9UpWhWNAaXhZcVMAnPmOnPaQdNbRpNqQnPrNlOnNmNfQpPsP6MqQwPuOnRnONZrMqR 流;2)电池背面制备呈叉指状间隔排列的 p+区和 n+区,以及在其上面分别形成金属化接触和栅线;由于消除了前表面发射极,前表面复合损失
5、减少;3)前表面远离背面 p-n 结,为了抑制前表面复合,需要更好的前表面钝化方案;同时需要具有长扩散长度的高质量硅片(如 N 型硅片),以降低少数载流子在到达背结之前的复合;4)采用钝化接触或减少接触面积,大幅减少背面 p+区和 n+区与金属电极的接触复合损失;5)增加前表面场 FSF,利用场钝化效应降低表面少子浓度,降低表面复合速率的同时还可以降低串联电阻,提升电子传输能力。IBC 电池结构拆解:背面 emitter 和 BSF 交替的叉指式结构是 IBC 电池的关键技术,可以采用掩膜、光刻和激光等技术实现。3.BC 电池工艺流程电池工艺流程(1)IBC 电池正面工艺,主要为前表面钝化扩散
6、电池正面工艺,主要为前表面钝化扩散和基材选择和基材选择 前表面:由于 IBC 电池前表面没有金属栅线遮挡,所以前表面的钝化性能需要足够优异才能最大化发挥IBC 电池的结构优势。IBC 太阳电池正面采用金字塔结构和抗反射层改善光捕获效果,钝化层底下可通过扩散方式形成前表面场(FSF)或者 p 型浮动结(FFE)结构。(2)IBC 背面工艺背面工艺 在 IBC 太阳电池的工艺优化中,叉指状的 p+和 n+区结构是影响电池性能的关键。优化 p+区占比、减小金属接触面积有利于 IBC 太阳电池性能的提高。p/n 区制备:IBC 太阳电池背面一般可采用印刷源浆、光刻、离子注入或激光掺杂等方式形成叉指状的