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編者按：TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸太陽能電池技術(shù)，為N-PERT電池轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升提供了更大的空間。相對(duì)P型晶硅電池，N型晶硅電池的少子壽命高，無光致衰減，弱光效應(yīng)好，溫度系數(shù)小，是晶硅太陽能電池邁向理論最高效率的希望。為進(jìn)一步提升電池效率，光伏技術(shù)路線從P型向N型升級(jí)，啟動(dòng)下一輪電池技術(shù)變革。

相對(duì)P型晶硅電池，N型晶硅電池的少子壽命高，無光致衰減，弱光效應(yīng)好，溫度系數(shù)小，是晶硅太陽能電池邁向理論最高效率的希望。

TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸（Tunnel Oxide Passivated Contact）太陽能電池技術(shù)，其電池結(jié)構(gòu)為N型硅襯底電池，在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，有效降低表面復(fù)合和金屬接觸復(fù)合，為N-PERT電池轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升提供了更大的空間。

TOPCon電池概念

TOPCon電池的概念由德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer-ISE）于2013年提出，下圖為該N型鈍化接觸太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

TOPCon正面與常規(guī)N型太陽能電池或N-PERT太陽能電池沒有本質(zhì)區(qū)別，電池核心技術(shù)是背面鈍化接觸，硅片背面由一層超薄氧化硅（1~2nm）與一層磷摻雜的微晶非晶混合Si薄膜組成。鈍化性能通過退火過程進(jìn)行激活，Si薄膜在該退火過程中結(jié)晶性發(fā)生變化，由微晶非晶混合相轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑?。?50°C的退火溫度下退火，iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm2，顯示了鈍化接觸結(jié)構(gòu)優(yōu)異的鈍化性能，所制備的電池效率超過23%。目前N型前結(jié)鈍化接觸太陽能電池世界紀(jì)錄（25.8%）由Fraunhofer-ISE研究所保持。

TOPCon工藝流程

TOPCon電池最大程度保留和利用現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設(shè)備制程，只需增加硼擴(kuò)和薄膜沉積設(shè)備，無須背面開孔和對(duì)準(zhǔn)，極大的簡化了電池生產(chǎn)工藝，量產(chǎn)化困難度低。
目前用于生長高質(zhì)量重?fù)诫s多晶硅層的方法有LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積）和PECVD兩種。一種是用LPCVD原位（或離位）摻雜形成多晶硅，由于LPCVD沉積過程會(huì)帶來繞鍍問題，使電池性能退化，因此可選擇離位摻雜，即LPCVD形成本征多晶后再進(jìn)行擴(kuò)散或離子注入摻雜，形成重?fù)诫s的多晶硅；另一種是使用PECVD沉積摻雜非晶硅或微晶硅層，再經(jīng)過退火得到摻雜的多晶硅。

工業(yè)上常用的多晶硅層厚度約為160-200nm，為了節(jié)省成本和提高性能，電池制造商希望將多晶硅層厚度降低到100nm，甚至50nm。

TOPCon電池的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

TOPCon電池的優(yōu)點(diǎn)

(1) 電池轉(zhuǎn)換效率高，具有優(yōu)越的界面鈍化和載流子輸運(yùn)能力，較高的Uoc和FF
(1)光致衰減低，摻磷的N型晶體硅中硼含量極低，削弱了硼氧對(duì)的影響

(2) 工藝設(shè)備產(chǎn)線兼容性高，可與PERC、N-PERT雙面電池的高溫制備工藝產(chǎn)線相兼容

(3) N型TOPCon電池可與SE、IBC、多主柵、半片、疊片技術(shù)相結(jié)合，顯著提高電池效率及組件功率

TOPCon電池的缺點(diǎn)

(1) 成本較高，相比較于標(biāo)準(zhǔn)PERC工藝，TOPCon技術(shù)資本支出（CAPEX）偏高約10%，運(yùn)營成本（OPEX）偏高約25%

(2) 效率提升潛力有限

TOPCon的降本之路

相比較于標(biāo)準(zhǔn)PERC工藝，TOPCon的成本相對(duì)較高，如果與PERC競(jìng)爭性價(jià)比，則TOPCon效率至少要達(dá)到24.5%以上。

TOPCon后續(xù)優(yōu)化降本方向：

(1) 降低n-poly層厚度，降低成本，減少自由載流子吸收

(2) 避免邊緣繞鍍，提升電池性能

(3) 設(shè)備成熟度及成本的降低

(4) 漿料性能突破，降低J0, metal

為進(jìn)一步提升電池效率，光伏技術(shù)路線從P型向N型升級(jí)，啟動(dòng)下一輪電池技術(shù)變革。TOPCon因其優(yōu)異的高效性及兼容性，越來越受市場(chǎng)的關(guān)注，成為N型高效電池產(chǎn)業(yè)化的切入點(diǎn)。


原標(biāo)題:N型高效電池技術(shù)路線之TOPCon