TOPCon电池的优势及产业化进展

随着光伏技术研发与产业化的不断进步，晶硅太阳电池的转换效率逐渐迈入≥26%的行列，马丁•格林在Progress in Photovoltaics发布的太阳电池效率表格(58版)显示，转换效率≥25.5%效率的晶体硅太阳电池均采用了钝化接触结构。早在2017年，中来光电就在量产电池中使用钝化接触结构技术，运用的是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contact)太阳能电池技术，简称TOPCon技术，能够有效降低表面复合和金属接触复合，为N型电池转换效率提升提供了更大的空间。

TOPCon电池技术优势

钝化优势

表面钝化性能主要取决于化学钝化和场钝化，热生长的SiO2具有优异的化学钝化能力。多晶硅中的重掺杂可以诱导硅的能带发生弯曲，造成界面处多数载流子的聚集和少数载流子的耗尽，降低复合，发挥场钝化的作用。

金属接触复合优势

金属接触复合成为限制常规结构太阳电池效率的瓶颈。产业化中金属化方式通常为丝网印刷后进行高温烧结，高温烧结的过程中金属浆料会“刻蚀”poly-Si形成“穿刺”(Spiking)，破坏钝化接触结构，导致金属接触区域的J0c高于钝化区域。但p+ poly和n+ poly的金属接触复合，即使“穿刺”会破坏钝化接触结构的情况下也可以使金属复合远远低于常规发射极/背场。

金属接触电阻率优势

除金属接触复合外，金属-半导体接触电阻率(ρc)对晶体硅太阳电池的器件性能也至关重要，金属-半导体形成良好的欧姆接触有助于降低电阻损失，提升填充因子。

文献报道p+ poly的ρc可以实现4.0~10.0 mΩ•cm2，比p型掺杂层采用丝网印刷银浆的方式形成的ρc略高，n+ poly的ρc可以实现0.5~2.0 mΩ•cm2，略低于n型掺杂层采用丝网印刷银浆的方式形成的ρc。

因此，多晶硅钝化接触结构的低界面复合、低金属接触复合和低金属接触电阻率的优势，促进太阳电池的转换效率迈上了一个新的台阶，使TOPCon电池成为行业公认的继p-PERC之后的主流电池结构之一。

TOPCon电池产业化进展

鉴于N型TOPCon电池高转换效率、高可靠性及低温度系数等优势，国内多家龙头太阳电池制造商对TOPCon电池技术的研发与产业化进行了大量投入，作为最早一批进入TOPCon领域的龙头企业，中来光电用多年来的努力为光伏行业探路。

行业各大厂已对外公布的N型单晶TOPCon电池

研发实验室最高效率

中来光电TOPCon技术的发展历程

2017年

2017年7月，公司开始N型双面TOPCon电池的研发，电池的前表面采用硼扩散的发射极，背表面为SiOx/n+ poly钝化接触结构，采用LPCVD沉积本征poly-Si，然后采用离子注入进行掺杂，前表面和背表面均为H型栅线电极，可双面发电，此技术路线称之为J-TOPCon 1.0。

2018年

2018年，公司率先实现了N型双面TOPCon电池的1.5 GW大规模量产，量产的平均转换效率达到22.5%。同年6月开始进行基于等离子氧化及等离子辅助原位掺杂(POPAID)的新型TOPCon技术的开发，利用链式平台传输载板，能够在不破真空情况下同时完成隧穿氧化层和掺杂非晶硅沉积，做到真正意义上的无绕镀，将TOPCon 1.0中的12道制造工序缩短到9道工序，技术路线顺利升级到J-TOPCon 2.0。

2020年

2020年，J-TOPCon 2.0技术趋于成熟，推动N型TOPCon电池效率的进一步提升，实现>24.5%的最高转换效率及批量转换效率。

2021年

2021年，基于J-TOPCon 2.0技术开始建立182大尺寸N型双面TOPCon电池线，并实现了25.4%的研发效率，经过第三方中国计量科学研究院(NIM)认证，突破当时TOPCon电池效率记录。

TOPCon效率提升方向

TOPCon电池极限效率高达28.7%，是最接近晶体硅太阳电池理论极限效率(29.43%)的技术，远高于PERC(24.5%)，具有非常大的研发潜力。

PERC和TOPCon电池的综合选择性及最高效率潜能

根据主要的功率损失方向得到效率提升的方向主要为：

1)降低发射极钝化区域的复合损失和载流子传输损失，一种有效的方法是采用高方阻的发射极来降低复合损失，搭配密栅(更小的栅线间距pitch)来降低载流子的横向传输损失;

2)降低背面的非理想光学损失，如采用更加薄的n+ poly降低自由载流子的吸收，通过改善背面形貌及膜层的组合提高背反射，降低透射损失;

3)降低光学遮挡及反射损失，如开发线宽更窄、高宽比更大的金属化技术，通过改善前表面金字塔形貌及设置叠层膜降低反射损失等。

作为最有望代替PERC成为下一代主流的电池技术，TOPCon的市场份额在近两年逐渐增加，并在多种N型技术中占比已超过50%，是众多光伏制造商产线升级的目标。中来光电作为N型TOPCon技术的老兵和排头兵，将继续扩大加深N型技术布局，不断将实验室的新技术投入量产，为全球光伏技术指引新方向。