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自背接触太阳电池的概念被提出以来 ， 便由于其结构特性带来的许多优点而成为太阳能领域的热门研究项目 。最早发展的背接触太阳电池称为交指式背接触电池 ， 系指电池正面无电极、正负两极金属导线呈指状交叉排列于电池背面 。
一、市场现状
随着市场对太阳电池效率之要求越来越高 ， 使得p型（p-type）硅晶太阳电池在效率瓶颈困境越发明显 ， 而n型（n-type）硅单晶太阳电池具有高载子寿命、无光致衰减等优点 ， 有利于提升效率及稳定性 ， 成为太阳光电领域的新兴研发热点 。根据2021年国际太阳光电技术路线图（International Technology Roadmap for Photovoltaic ，ITRPV）的市调结果显示（图1） ， 以n型硅晶圆为基材所制作的指标性高效率电池有二：异质接面（Heterojunction with Intrinsic Thin layer ，HIT）太阳电池以及背接触太阳电池（Back Contacted solar cells ，BCsc） ， 根据这两种结构制作的n型电池均可达到23%以上的转换效率 。其中 ， 背接触太阳电池可与现行的网印工艺兼容 ， 相较于HIT电池具有低成本的生产潜力 。 根据ITRPV的年度报道 ， 在未来十年内 ， 背接触太阳电池的市占率将逐步提升至20%-30% ， 原因有二：一是n型晶圆的生产成本水平逐渐与p型晶圆相当;二则是n型电池的生产技术逐渐成熟所致 。本文首先将回顾并背接触硅晶太阳电池的基本操作原理与关键特性 ， 后半段则着墨于工研院绿能所硅基太阳电池研究室所研发的IBPC ， 将现行的主流穿隧氧化钝化接触技术（tunnel oxide passivated contact ，TOPCon） ， 导入高效率低成本之IBC（Interdigitated Back Contact）电池制程 。
二、背接触太阳电池回顾 IBC电池的结构概念最早在1977年被Lammert和Schartz提出 ， 图2显示IBC电池的截面与电极布局示意图 。IBC电池结构有以下几项特点：第一为受光面电极的移除 ， 这除了可以消弥传统电池无可避免的遮光损失外 ， 同时更可以透过制程的改善将受光表面的钝化效果最佳化;第二为正、负电极的同面化（在背接触电池结构中 ， 正负电极均位于电池背面） ， 这样的电极布局带来的好处有二：一是可以透过最适化的电极比例调配 ， 在现有的材料参数下得到优化的电学与钝化特性 ;二是在模组化阶段 ， 由于正、负电极都位于同一侧 ， 故焊接程序比起传统电池要更为容易 。1986年Sinton等人在IBC电池中引入「点接触」技术 ， 透过将金属接触面积缩小而达到降低复合电流的效果 ， 大幅提升了电池的开路电压 。
对具有背接触结构的太阳电池而言 ， 光生载子必须有足够长的扩散长度以保证可以从生成处移动至相应的电极端 ， 由相应电极收集后透过外部电路产生光电流 。扩散长度的定义为（Dτbulk）1/2 ， 其中D为少数载子的扩散系数 ， 由芯片的掺杂量决定;τbulk则代表芯片内部少数载子的生命周期 。也就是说 ， 为了最大化载子的收集能力 ， 高的芯片存活期（bulk lifetime）俨然是制作背接触电池的第一先决条件 。一般来说 ， 典型的高效率背接触电池的制造流程大致如下描述：（1） n型晶圆经蚀刻步骤形成具织构化的光陷阱结构以提升进光量 ， （2）再由蚀刻制程抛光晶圆背面 ， （3）分别利用高温与低温之POCl3制程形成背表面电场（BSF）以及前表面电场（Front Surface Field ， FSF） ， （4）透过黄光微影与局部蚀刻步骤定义射极区域 ， （5）再以高温硼扩散制程形成p+射极 ， （6）电池正面镀制抗反射层、背面镀制钝化层 ， （7）微影定义点接触金属面积 ， （8）最后以溅镀或蒸镀方式制作金属电极 。
第一个商业化的IBC电池由美国SunPower公司达成 ， 截至目前2021已研发了六代电池 ， 最新的M系列（M-Series）模组就是由66片新型IBC电池Maxeon? Gen6组成 。Maxeon? Gen6电池应用n型CZ硅芯片 。模组效率经NREL认证可达24.1% ， 这是现行全球太阳光电模组的最高效率记录 ， 而模组的输出功率温度系数低至0.29%/°C ， 功率大于400W 。SunPower公司的IBC电池的结构示意图如图3， 其制造流程大致上与上述的典型高效率背接触电池相似 ， 惟在背面的结构设计上有些许不同 。透过预先镀制铝金属于背面钝化层上以增益电池内反射 ， 紧接着透过电镀制程（Ni/Cu）形成良好的欧姆接触与降低电池串联电阻 ， 最后电池在退火程序形成Ag/Cu接触后制作完成 。
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