无光刻+全丝网印刷：BC电池低成本量产新工艺

发布时间：2026-07-11 01:20:43 来源：紫云轩中式设计 作者：休闲

晶体硅（c-Si）光伏技术目前占据全球约98%的无光市场份额。在众多电池结构中，刻全叉指式背接触（IBC）电池由于正面无金属遮挡、丝网光学损失低，印刷被认为是电池低成效率潜力最高的结构之一。当前，本量基于异质结、产新POLO及先进钝化接触技术的工艺IBC电池效率已突破26%，甚至达到27%以上。无光美能QE量子效率测试仪可用于精确测量太阳电池的刻全EQE与光谱响应，帮助优化界面工程和背接触设计，丝网从而提升电池的印刷量子效率和整体性能。

尽管效率优势显著，电池低成IBC电池在产业化方面仍面临挑战，本量尤其是产新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

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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

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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

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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

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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

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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

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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。

美能QE量子效率测试仪

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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

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