解密TOPCon,PERC之后的又一个光伏技术风口

24 01月 2019

2019-01-24 11:01

提高太阳电池转换效率一直是光伏业界孜孜追求的目标。硅基太阳电池效率极限是29%，目前最高电池效率记录为26.63%，由日本kaneka公司在2017年创造。太阳电池效率损失来源分为光学损失、电学损失和复合损失。

随着硅片质量的不断提高，晶硅电池表面复合损失已成为制约电池效率提升的关键因素，因此表面钝化技术尤为重要。

目前关注度极高的PERC电池即是在背面引入氧化铝/氮化硅介质层进行钝化，采用局部金属接触，有效降低背表面电子复合，提升电池转化效率。但由于PERC电池将背面的接触范围限制在开孔区域，开孔处的高复合速率依然存在。

为了进一步降低背面复合速率实现背面整体钝化，并去除背面开膜工艺，钝化接触技术近年来成为行业研究热点。德国弗劳恩霍夫太阳能研究所(Fraunhofer ISE)开发的TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）技术即为钝化接触的一种。

日前，在第三届N型晶硅电池与钝化接触技术论坛上，来自KANEKA、ECN、IMEC、UNSW、天合、晶澳、爱康、晋能、中智、林洋、隆基、中科院电工所、梅耶博格、Von Ardenne、美科设备、捷佳创、东洋铝业等多家领军企业及机构共同探讨了N型晶硅电池钝化接触技术与应用最新进展。

亚化咨询认为，TOPCon电池具备优良的背面钝化效果，无须复杂的钝化层开口工艺，极大地简化了电池生产工艺，且与传统晶硅电池生产工艺高度兼容。目前，TOPCon电池产业化已有先进经验，量产效率已超过23%，并仍具有进一步提升转换效率的空间。TOPCon已成为PERC之后的又一个光伏技术风口，或将成为PERC技术的有力竞争者。

TOPCon技术及优势

TOPCon技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，如图2所示。该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。

可见，TopCon结构无须背面开孔和对准，也无须额外增加局部掺杂工艺，极大地简化了电池生产工艺。相较于N-PERT电池，TOPCon技术只需要增加薄膜沉积设备，能很好地与目前量产工艺兼容，便于产线升级。同时掺杂多晶硅层良好的钝化特性以及背面金属全接触结构具有进一步提升转换效率的空间，可以使N型电池量产效率超过23%，现已成为下一代产业化N型高效电池的切入点。

TOPCon技术研究与应用进展

TOPCon电池概念是由Fraunhofer ISE在2013年第28届EU PVSEC上首次提出。其使用一层超薄的氧化层与掺杂的薄膜硅钝化电池的背面。其中背面氧化层厚度1.4nm，采用湿法化学生长。随后在氧化层之上，沉积20nm掺磷的非晶硅，之后经过退火重结晶并加强钝化效果。经过多年耕耘，Fraunhofer ISE在2017年将采用TOPCon技术的电池效率已提升至25.7%。

国外厂商LG目前已实现N-PERT及TOPCon电池的大规模量产。其中，N-PERT电池量产平均转化效率已超过22.5%，TOPCon电池量产平均转化效率已超过23%，60片电池组件输出功率已达335W。LG预计其TOPCon电池的转换效率有望进一步提升至24.5%。

国内中来光电在大规模量产N-PERT电池的基础上，将TOPCon技术引入其N型双面电池，今年上半年电池平均转换效率已提高到22.5%以上。中来股份2018半年报显示，其N型单晶双面TOPCon电池正面最高研发效率已达23.05%，双面率达到80.65%。此外，中来股份拟公开发行可转换公司债券募集不超过10亿元，用于建设年产1.5GW N型单晶双面TOPCon电池项目。2018年5月，中来与国家电投黄河水电签约，2019-2021年将交付总计5GW的N型单晶双面TOPCon电池。

国内另一家实现N型电池大规模量产的企业——林洋光伏的技术路线图显示，在N-PERT量产的基础上，开发和导入氧化铝钝化、黑硅RIE及TOPCon等技术，预计电池量产效率将达23%。

此外，国内外光伏企业及研究机构，如英利、天合、中科院微电子研究所、中科院宁波材料技术与工程研究所、荷兰能源研究中心(ECN)、新加坡太阳能研究所（SERIS）、澳大利亚国立大学(ANU)等都在钝化接触领域进行了深入研究，探索不同的钝化材料和结构，以及在P型电池的应用潜力，钝化接触技术正在加速推进。