中来N型小课堂 |TOPCon电池技术发展及市场规模预测

30 11月 2021

2021-11-30 08:35

近年来，光伏技术研发和产业化进展突飞猛进，在行业共同努力下太阳能电池量产转换效率不断创新高，PERC作为目前行业主流产品被大量成熟应用，同时效率提升也遇到瓶颈，行业技术焦点由P型转向N型。TOPCon因其低衰减、效率提升潜力大、产线升级成本低等优点，被行业广泛关注，成为目前N型领域市占率最高的电池技术。在TOPCon技术产业化方面，除了早在2017年就开始布局的先锋企业中来光电外，行业其他各大龙头企业也开始纷纷布局TOPCon产能，抢占市场高地。

TOPCon电池效率进阶

目前已经商业化的钝化接触结构主要分为两种：1)基于非晶硅的a-Si:H(i)/a-Si:H (p+/n+)，2)基于多晶硅的SiOx/poly-Si(p+/n+)，运用前者的钝化接触电池称之为HJT或者HIT电池，运用后者的钝化接触电池称之为TOPCon电池，也就是中来光电目前正在使用的电池技术。

TOPCon电池的诞生

2013年，德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)的Feldmann等受SIPOS启发，报道了一种在SiOx界面层上生长掺杂的a-Si和μ-Si混合发射极结构的电池，称之为隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts)电池，简称TOPCon电池。

TOPCon电池前表面与常规N-PERT太阳电池一样，为硼扩散的发射极，使用Al2O3/SiNx双层钝化膜，主要区别在于背面氧化出一层极薄氧化硅层，并利用PECVD在氧化层表面沉积一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜，在850°C的退火温度下退火，显示了钝化接触结构优异的钝化性能，制备的电池效率超过23%。

学术界的TOPCon电池效率进阶

2019年，Fraunhofer ISE将N型TOPCon电池的效率提升至25.8%，创造了N型TOPCon电池新的效率记录[1]；

2020年，Fraunhofer ISE在25.8%效率电池上进一步优化了发射极的复合损失和横向传输电阻损失，将n+ TOPCon置于P型硅衬底的背面作为发射极，创造了转换效率26%的TOPCon电池世界效率[2]。

在此期间，德国德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)还在2014年尝试将具有良好钝化性能的TOPCon结构与IBC电池结合，首次提出了具有722 mV开路电压和23.9%转换效率的POLO-IBC(TOPCon结构的IBC)电池[3]，并在2018年将POLO-IBC电池的效率提升至26.1%，创造了TOPCon结构的IBC电池的世界效率记录[4]。

电池结构示意图

产业界的TOPCon电池效率进阶

2021年6月，隆基宣布在面积242.97 cm?的N型TOPCon上实现25.21%的转换效率，德国ISFH认证。

2021年8月，东方日升在PV CellTech大会上报道其158.75尺寸(251.99 cm?)的N型TOPCon电池具有24.78%的转换效率。

2021年9月，中来光电在PVTD光伏技术风向标大会报道了其182尺寸(330.15 cm?)的N型TOPCon电池具有25.4%的转换效率，且经过中国计量科学研究院(NIM)认证。

同月，天合光能在“第七届TOPCon技术与PERC+论坛”报道了其210尺寸(440.92 cm?)的TOPCon电池具有24.54%的转换效率。

2021年10月，晶科报道了其163.75尺寸的N型TOPCon电池转换效率达到25.4%，经过日本JET检测实验室标定。

根据理论计算，TOPCon太阳电池的潜在效率(28.7%)最接近晶体硅太阳电池理论极限效率(29.43%)[5]。当前产业化N型双面TOPCon电池的最高效率与潜在效率仍然存在一定的距离，可以通过以下途径来提升TOPCon电池的效率：

1)降低发射极钝化区域的复合损失和载流子传输损失；

2)降低背面的非理想光学损失；

3)降低光学遮挡及反射损失。

TOPCon的市场占比及未来规模预测

行业全面去补贴后，光伏发电需要依靠自身竞争力与传统能源展开直接竞争，真正实现不依赖补贴的市场化自我持续发展，同时行业竞争格局也将发生重大变化，大量无法满足“平价上网”要求的低效落后产能将加速淘汰，而“更高品质、更高效率、更低成本”的先进光伏产品将占据市场主导。

ITRPV 2021预测，N型电池技术是符合市场发展的技术趋势，N型硅片的市场份额将逐渐增加，有望在2031年达到50%，成为主流硅片类型[6]。根据PV Infolink 2021最新预测结果，在诸多种类的N型电池中，TOPCon电池的产能及出货量占比在今年将超过50%，呈现出逐渐增加的趋势，未来在N型组件中处于主导性的地位[7]。