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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(yáng)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(wú)光致衰減，弱光效應(yīng)好，溫度系數(shù)小，是晶硅太陽(yáng)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(wú)光致衰減，弱光效應(yīng)好，溫度系數(shù)小，是晶硅太陽(yáng)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(yáng)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(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)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(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

TOPCon正面與常規(guī)N型太陽(yáng)能電池或N-PERT太陽(yáng)能電池沒(méi)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(guò)退火過(guò)程進(jìn)行激活，Si薄膜在該退火過(guò)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(guò)23%。目前N型前結(jié)鈍化接觸太陽(yáng)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(wú)須背面開(kāi)孔和對(duì)準(zhǔn)，極大的簡(jiǎn)化了電池生產(chǎn)工藝，量產(chǎn)化困難度低。
目前用于生長(zhǎng)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(guò)程會(huì)帶來(lái)繞鍍問(wèn)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(guò)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(yíng)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(zhēng)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(lái)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