Дорожная карта технологии BC-ячеек: от структуры к процессу

TOPCon, IBC, TBC, HBC и HIBC обычно перечисляются как генеалогическое древо аббревиатур. Их лучше читать как последовательность проблем: каждый маршрут существует потому, что предыдущий оставил нерешённой конкретную потерю, и каждый переносит сложность в другое место.

Технология PV-ячеек · Маршруты обратного контакта · от Jerry, Ooitech

1. TOPCon: сначала правильный пассивирующий контакт

TOPCon использует ультратонкий слой оксида кремния плюс легированный слой поликремния для формирования пассивирующего контакта. Плёнка SiOx обеспечивает пассивацию интерфейса; легированный поликремний обеспечивает селективный перенос носителей. Толщина оксида, концентрация легирования поликремния и рецепт отжига — это три регулируемых параметра, и вместе они снижают рекомбинацию на контакте, сохраняя потери переноса низкими.

Решаемая проблема — рекомбинация на контакте. Обычный металлический контакт, непосредственно касающийся кремния, вызывает сильную рекомбинацию на интерфейсе. Разделяя пассивацию и селективность переноса носителей, TOPCon достигает более высокого напряжения холостого хода. Однако он не устраняет фронтальную металлическую сетку, поэтому затенение лицевой стороны остаётся.

Рис. 1: Пассивирующий контакт из легированного углеродом собственного поликремния, со структурой слева и полученными данными iVoc, J0s и времени жизни при различных условиях осаждения справа. Работа, опубликованная в 2025 году, снизила плотность тока насыщения поверхности ниже 0,5 fA/cm² и связала эту структуру с применениями для обратного контакта.

2. IBC: перенести фронтальный металл на тыльную сторону

IBC вносит резкое структурное изменение: и n-тип, и p-тип контактов перемещаются на тыльную сторону. Лицевая сторона ячейки вообще не несёт металлической сетки, что освобождает лицевую поверхность для оптического управления и проектирования пассивации. Поскольку меньше фронтального металла блокирует свет, число фотонов, попадающих в пластину, растёт, и ток короткого замыкания имеет больше возможностей для увеличения.

Цена проявляется на тыльной стороне. Там, где обычная ячейка разделяет две полярности по разным сторонам, IBC должна чередовать n-тип и p-тип контактов на одной поверхности, сохранять их электрически изолированными, а затем металлизировать оба. Ширина контакта, расстояние n/p, граница полярности, контактное сопротивление и геометрия сетки — всё становится связанными переменными на одной плоскости.

Рис. 2: Упрощённый стек POLO-IBC. В 2026 году ячейки POLO-IBC, изготовленные на пластинах размера M2 с использованием промышленного оборудования, достигли сертифицированной эффективности 24,5 процента. Анализ потерь указал на пассивацию лицевой поверхности, рекомбинацию на серебряном контакте к области n-типа поликремния, а также рекомбинацию и контактное сопротивление в алюминиевой области как на основные цели.

3. TBC: TOPCon входит в структуру обратного контакта

TBC — это объединение двух предыдущих: TOPCon поставляет пассивирующий контакт, IBC поставляет архитектуру обратного контакта. Результат — пассивирующие контакты n-типа и p-типа, сформированные на тыльной стороне, при этом лицевая сторона остаётся свободной от металла.

Преимущество проистекает из наследования. TBC опирается на работу с материалами и процессами, которую TOPCon уже индустриализировал. Остающаяся сложность конкретна: пассивирующий контакт p-типа. Его рекомбинация на интерфейсе и контактное поведение напрямую влияют на напряжение ячейки и коэффициент заполнения, что делает его ключевым элементом, а не деталью оптимизации.

Рис. 3: Структура и зонная диаграмма TBC (a, b) с картами потенциала эффективности (c, d). Исследование моделирования параметров устройства 2025 года пришло к выводу, что TBC имеет потенциал эффективности, приближающийся к 28 процентам, как только качество пластины, пассивация поверхности, контакт p-типа и тыльная структура будут совместно оптимизированы.

Более значимые исследования TBC касаются процесса, а не структуры. Если производитель может повторно использовать зрелый пассивирующий стек poly-Si/SiOx от TOPCon и лишь переработать тыльную литографию и металлизацию, разрыв между линией BC и существующей линией TOPCon значительно сокращается. Именно поэтому работа над TBC сместилась от самого контактного стека к характеристикам контакта, последовательности литографии и металлизации.

Рис. 4: Низкозатратный маршрут совместной диффузии к прекурсору TBC, от формирования i-TOPCon методом LPCVD через двухуровневую совместную диффузию, лазерную изоляцию, удаление тыльной маски и пассивацию. Двухуровневая диффузия с единым тепловым бюджетом — это то, что позволяет удерживать число этапов и тепловое воздействие на управляемом уровне.

4. HBC: та же идея со стороны гетероперехода

TBC входит в обратный контакт через TOPCon. HBC входит через кремниевый гетеропереход: SHJ поставляет пассивирующий контакт, IBC поставляет структуру обратного контакта, и обе полярности оказываются на тыльной стороне.

SHJ формирует свой контакт из собственного и легированного аморфного кремния, что обеспечивает высокое качество пассивации интерфейса. В сочетании с выигрышем лицевой стороны от IBC, HBC обладает сильным потенциалом по напряжению и току. LONGi сообщила о HBC-ячейке с эффективностью 27,30 процента в 2024 году, сертифицированной ISFH в Германии.

Рис. 5: Стек HBC с выделенной границей полярности (a) и две тыльные компоновки с их площадями областей (b, c). Зазор между электронно-селективной и дырочно-селективной областями узок, и рекомбинация там является самостоятельным механизмом потерь, а не побочным эффектом гетероперехода.

Поэтому оптимизация HBC не может остановиться на гетеропереходе. Поскольку контакты n-типа и p-типа расположены рядом друг с другом на тыльной стороне, граница полярности между ними становится отдельным источником рекомбинации, который тормозит коэффициент заполнения. Исследование 2025 года проанализировало эту границу специально, и это одна из самых ясных иллюстраций общей проблемы BC: чем больше функций вы упаковываете на одну поверхность, тем большее значение имеют интерфейсы между ними.

5. HIBC: разные пассивирующие контакты на одной ячейке

TBC и HBC каждая привержены единой контактной системе. HIBC задаёт другой вопрос: если различные пассивирующие контакты обладают разной силой, можно ли назначить их разным областям одной и той же тыльной поверхности в соответствии с потребностями каждой области?

Ответ, опубликованный в Nature в 2025 году, был утвердительным. HIBC объединяет высокотемпературный туннельный контакт из поликремния с низкотемпературным гетеропереходным контактом на одной и той же тыльной поверхности и использует лазерную обработку для локального усиления переноса в p-типном контакте. Результат — 27,81 процента эффективности преобразования при коэффициенте заполнения 87,55 процента.

Рис. 6: Результаты устройства HIBC, включая стек слоёв с лазерно-обработанной областью (a), профиль легирования (b), распределения эффективности и коэффициента заполнения с лазерной обработкой и без неё (c, d), эквивалентную схему и поперечное сечение (f), а также кривую J-V (g). Обратите внимание, что лексика изменилась с «какая структура побеждает» на «какая область в чём нуждается».

Концептуальный сдвиг важнее числа. Тыльная сторона BC содержит несколько функциональных областей, и эти области не имеют идентичных требований к пассивации, селективности носителей, контактному сопротивлению и металлизации. HIBC конфигурирует контакты для каждой области вместо применения одной контактной технологии ко всей ячейке. Это иная философия проектирования, и именно в этой точке дорожная карта перестаёт быть лестницей.

6. От инновации структуры к сотрудничеству процессов

Расположите пять маршрутов в одну линию, и закономерность станет ясной: каждый шаг решает проблему рекомбинации или оптическую проблему и передаёт следующему шагу производственную проблему.

Чем выше эффективность, тем сложнее тыльная поверхность и тем уже технологическое окно. n-типные контакты, p-типные контакты, границы полярности, металлические сетки и локальные отверстия — все должны одновременно оставаться в пределах допуска. Размерный дрейф или колебание процесса в любом из них проявляется как контактное сопротивление, потеря на рекомбинацию или ухудшенный сбор тока. В этом суть фразы «от инновации структуры к сотрудничеству процессов»: лидерство по эффективности теперь зависит от одновременного удержания нескольких связанных процессов в стабильном состоянии.

7. Металлизация: эффективность и серебро должны оптимизироваться вместе

Металлизация BC — это не масштабированная версия фронтальной печати. Обе полярности находятся на тыльной стороне, поэтому сетка должна собирать ток в ограниченной области, сохраняя электрическую изоляцию между соседними областями противоположной полярности. Ширина пальцев, шаг пальцев, шина, контактная площадка и площадь контакта — каждый из этих параметров влияет на производительность, и они взаимодействуют.

Рис. 7: Параметры тыльной металлизации для ячейки TBC. Геометрия пальцев, расположение шин, соединительные шины и размеры площадок не являются независимыми выборами; каждый из них обменивает последовательное сопротивление на точность печати и расход серебра.

Исследование 2026 года по проектированию сетки TBC систематически проанализировало эти параметры и объединило эффективность ячейки и расход серебряной пасты в единую структуру оптимизации, охватывающую ширину пальцев, шаг пальцев, шину, контактную площадку и компоновки с нулевой шиной. Практический вывод состоит в том, что металлизацию BC необходимо оптимизировать одновременно по четырём осям: контактное сопротивление, последовательное сопротивление, точность печати и расход серебра.

Рис. 8: Эффективность в зависимости от расхода серебряной пасты для различного числа шин и для компоновок на основе площадок по сравнению с нулевой шиной (ZBB). Кривые выполаживаются, что означает, что последние приросты эффективности становятся прогрессивно дороже в серебре, а выбор компоновки сдвигает всю кривую, а не отдельную точку на ней.

Именно здесь исследование начинает напоминать закупку. Серебро — это повторяющаяся затрата, которая масштабируется с объёмом производства, и проект сетки, который покупает две десятых процента эффективности значительным увеличением расхода пасты, представляет собой иное коммерческое предложение, чем тот, который достигает той же эффективности при более экономной печати.

8. Недорогой IBC: удаление литографии из процесса

Производственная сложность IBC всегда была центральным вопросом индустриализации. Формирование чередующихся n-типных и p-типных областей на тыльной стороне традиционно relies on фотолитографию и лазерные этапы, и каждый дополнительный этап добавляет оборудование, время цикла и стоимость.

Рис. 9: Два процесса IBC без литографии, построенные на трафаретно печатаемых диффузионных барьерах, использующие либо фронтальный плавающий эмиттер, либо фронтальное поверхностное поле. Оба полагаются на оборудование, уже стандартное для ячеечных линий, а не на новые технологические платформы.

Исследование 2026 года продемонстрировало полностью трафаретно печатаемый, безлитографический и безлазерный маршрут IBC, использующий структурированный диффузионный барьер SiNx для достижения селективной диффузии бора и фосфора и завершающий ячейку на зрелом промышленном оборудовании, достигая IBC-ячеек уровня 19 процентов. Заглавное число намеренно невпечатляющее. Работа отвечает на вопрос, можно ли построить IBC с меньшим числом технологических этапов на оборудовании, которое уже существует, и этот вопрос важнее для инвестиций в оборудование и производственных затрат, чем очередной лабораторный рекорд.

В сочетании с работой по металлизации направление остаётся последовательным: передний край — это уже не «может ли эта структура достичь 28 процентов», а «может ли эта структура производиться воспроизводимо, с меньшим числом этапов, на инструментах, которые можно обслуживать и поставлять в промышленном масштабе».

9. Что это означает для выбора оборудования

Если узкое место переместилось со структуры на процесс, то и значимые решения по оборудованию переместились вместе с ним. Четыре из них стоит взвесить, прежде чем специфицировать линию BC.

Именно поэтому маршруты не конкурируют за одну и ту же фабрику. TBC наследует зрелость процесса TOPCon и подходит производителям, уже эксплуатирующим линии poly-Si. HBC подходит тем, у кого есть возможности гетероперехода. HIBC — это региональная философия проектирования, а не конфигурация линии, которую можно купить сегодня. А низкосложный IBC нацелен на производителей, которые хотят задний контакт без построения потока на основе литографии. Выбор — это функция того, что вы уже эксплуатируете.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между IBC, TBC и HBC?

Все три — это структуры с задними контактами, то есть обе полярности находятся на задней стороне, а фронтальная не несёт металлической сетки. Они различаются способом формирования контакта. IBC — базовая архитектура. TBC формирует свои задние контакты с использованием пассивирующего контакта SiOx/poly-Si от TOPCon. HBC формирует их с использованием контактов на кремниевом гетеропереходе из собственного и легированного аморфного кремния.

Что такое HIBC?

Hybrid interdigitated back contact. Вместо применения одной контактной технологии по всей задней поверхности HIBC назначает разные типы контактов разным задним областям в соответствии с потребностями каждой области, сочетая высокотемпературный контакт из поликремния с низкотемпературным контактом гетероперехода и используя лазерную обработку для локального усиления p-типа контакта. Результат 2025 года в Nature — КПД 27,81 процента при коэффициенте заполнения 87,55 процента.

Почему граница полярности является проблемой?

Потому что две полярности расположены рядом друг с другом на одной поверхности. Там, где электронно-селективная область встречается с дырочно-селективной областью, рекомбинация на этой границе действует как дополнительный путь потерь и снижает коэффициент заполнения. Это прямое следствие размещения обоих контактов на одной стороне, и именно поэтому оптимизация HBC не может ограничиваться самим гетеропереходом.

Сколько серебра используют ячейки BC?

Достаточно, чтобы проектирование сетки рассматривалось как задача эффективность-против-расхода, а не чисто электрическая. Недавние исследования сеток TBC оптимизируют ширину пальцев, шаг пальцев, размеры шин и контактных площадок вместе с расходом серебряной пасты, а компоновки с нулевой шиной оцениваются специально потому, что они смещают этот компромисс, а не просто движутся вдоль него.

Можно ли производить IBC без литографии?

Да, и это активное направление исследований. Исследование 2026 года продемонстрировало полностью трафаретно-печатный, безлитографический и безлазерный маршрут IBC с использованием структурированного диффузионного барьера SiNx для селективной диффузии бора и фосфора, построенный на зрелом промышленном оборудовании и достигший КПД уровня 19 процентов. Смысл работы — упрощение процесса, а не рекордный КПД.

Какой маршрут должна планировать новая фабрика?

Начинайте с той технологической базы, которая у вас уже есть, а не с самого высокого опубликованного КПД. TBC — это самый короткий путь для производителя, эксплуатирующего линии poly-Si TOPCon, потому что он повторно использует этот пассивирующий стек. HBC требует возможностей гетероперехода. Низкосложный IBC подходит производителям, которые хотят задний контакт без потока на основе литографии. Опубликованный рейтинг КПД и практическая стоимость входа — это разные упорядочения.

Заключительные мысли

Пять маршрутов лучше всего понимать как одну непрерывную последовательность решения проблем, а не как пять конкурирующих продуктов. TOPCon решил проблему рекомбинации контакта и оставил фронтальное затенение на месте. IBC удалил фронтальный металл и перенёс сложность на заднюю сторону. TBC и HBC каждый поставляют свою контактную систему для этой задней стороны. HIBC перестаёт рассматривать заднюю сторону как одну поверхность и конфигурирует её область за областью. Что их всех теперь объединяет, так это то, что ограничением больше не является схема структуры: это экономика металлизации, качество кромок и границ, количество технологических операций и способность удерживать несколько связанных процессов стабильными одновременно. Если вы планируете линию формата BC или TOPCon, сообщите нам формат ячейки, схему контактов и формат модуля, на который вы ориентируетесь, и мы проработаем конфигурацию резки, стрингинга и контроля, которая подходит.