誕生于2013年TOPCon(隧穿氧化層鈍化接觸，Tunnel Oxide Passivated Contact)技術在實驗室研究和小批量示范9年后，終于迎來高光時刻。據行業數據顯示，2022年n型TOPCon電池規劃產能超過60GW，預估出貨約15GW以上。
“每一種太陽電池結構都有其自身能到達的效率極限，技術迭代是歷史必然。從鈍化原理可能達到的最高電池效率與目前光伏電池設備供應鏈生態成熟度來看，n型TOPCon電池技術大規模量產時機已經成熟。”一道新能CTO宋登元博士介紹。
資料來源：一道新能 宋登元
面對行業升級的機遇，光伏新一線品牌企業一道新能不僅在研發方面走在行業前列，TOPCon電池實驗室效率突破25.5%;在產業化方面，也已建成6GW的n型產能， TOPCon電池量產效率突破24.6%。預計今年底一道新能n型產能將達到20GW，位列TOPCon技術的企業第一梯隊。2022年是n型TOPCon技術元年。宋登元博士認為，五大因素決定了TOPCon技術元年到來，首先2022年電池規劃產能60GW+、出貨量10GW+，這么大的出貨量足以推動成本的快速下降;二是TOPCon可以兼容現有的PERC產線設備，工藝成熟，容易進行技術升級;三是PERC的已有人才儲備、關鍵設備成熟能夠支撐技術的迭代;四是投資成本相較于其他n型電池技術更具有經濟性，新產線投資約2.1億元/GW ，PERC升級TOPCon需要0.3~0.5億左右;五是TOPCon電池理論效率高達28.7%，TOPCon量產效率有很大提升空間。
資料來源：一道新能 宋登元
宋登元博士介紹，晶硅電池的效率提升是以采用新鈍化技術為特征的。TOPCon具有完美鈍化原理，載流子的選擇率高，接觸電阻低，是目前產業升級完美技術路線。TOPCon電子選擇性材料SiOx/n+ Poly-Si與空穴選擇性材料SiOx/p+ Poly-Si結合的載流子的選擇性可以達到13.8-14.2，高于電子選擇性材料a-Si：H(i)/a-Si：H(n+)與空穴選擇性材料a-Si：H(i)/a-Si：H(p+)結合的電池(HJT)的13.2;雙面TOPCon具有更加高的效率極限(28.3%-28.7%)，高于HJT的27.5%極限效率，同時也遠遠高于PERC電池24.5%的極限效率，最接近晶硅太陽能電池理論極限效率(29.43%)。行業主流TOPCon廠商量產效率已經突破24.5%，高于PERC電池極限效率，具備強大的生命力。
資料來源：R. Brendel等2019年Silicon PV
資料來源：三峽資本 鄭海軍
TOPCon電池與PERC電池工藝兼容性好(上圖為PERC與TOPCon工藝流程對比)。TOPCon在傳統PERC工藝上疊加，步驟達12-13步。首先制備TOPCon電池，增加了硼擴散工藝，然后背面制備SiO/Poly-Si鈍化接觸結構。目前有三種方法制備鈍化接觸，最常用的是LPCVD沉積非摻雜的多晶硅，然后通過磷擴散對多晶硅進行摻雜，最后通過PECVD技術在前后表面制備鈍化層和減反膜，以及絲網印刷制備電極結構。設備方面，TOPCon相比PERC核心增加了硼擴爐(進行硼擴散)、LPCVD或PECVD(SiO+多晶硅)設備，同時去除了前道SE、后道開槽兩道激光設備，在現有PERC產線基礎上增加0.3-0.5億元/GW即可完成技術升級。宋登元博士介紹，TOPCon設備具有較高的成熟度、可以在現有的產線進行技術升級、具備大量的工藝設備研發人員以一線熟練工人的人才儲備，這些都是TOPCon技術快速擴充產能的優勢所在。在PERC技術升級為TOPCon的核心工藝步驟中，拉普拉斯、北方華創、捷佳偉創、微導等多家國內設備企業都推出了各自的技術方案，關鍵設備已經實現國產化，這也是推進該種技術快速發展重要因素之一。
TOPCon電池設備及重點國內企業
來源：TaiyangNews，有刪減
目前TOPCon電池有三種不同的工業化工藝流程，分別為：LPCVD制備多晶硅膜結合傳統的磷擴散工藝;LPCVD制備多晶硅膜結合離子注入磷工藝;PECVD制備多晶硅膜并原位摻雜工藝;PVD制備多晶硅膜并原位摻雜工藝，其中LPCVD技術工藝成熟且已實現量產，并且設備國產化完善，但繞鍍、成膜速度慢等仍為目前工藝主要問題。光伏企業基于自身的技術積累，選擇了不同的技術路線進行攻關，一道新能、晶科以LPCVD為主，通威以PECVD、PEALD為主。LPCVD技術路線全稱為低壓化學氣相沉積法，該技術優點是工藝成熟、集成度高，成膜質量好，裝備產能大，控制簡單容易;但難于鍍膜速度慢，成膜率低，同時存在二次摻雜、繞鍍、石英件沉積嚴重等問題。LPCVD技術是各技術路線中被最廣為接受，也是唯一大規模商業化的技術。PECVD、PEALD、PVD也是目前研究的重點方向，且取得進展。“繞鍍問題解決，TOPCon電池降本超乎預期。”據業內人士介紹， TOPCon電池材料匹配性好，原材料和關鍵裝備無卡脖子的問題，TOPCon技術韌性十足。
一道新能在TOPCon電池提效降本方面利用先發優勢持續研發投入，加大探索與攻關力度，取得了重大進展與突破。大部分公司的TOPCon良率在90%-95%之間，與PERC電池98%的良率相比仍有一定差距，一道新能持續進行LPCVD設備優化和工藝革新，在漸變膜技術、超薄多晶硅技術、超細線圖形設計取得突破，提升效率的同時進一步保證產品的可靠性和穩定性。通過工藝優化和精細化管控，控制超薄氧化層和多晶硅層的均勻性，優化硼擴散條件，控制硅片氧含量，一道新能n型電池良率可以達到與PERC接近的水平。為進一步提升效率，一道新能正在研發可量產的低復合的表面摻雜技術、降低多晶硅層光寄生吸收技術，以取得更低的接觸電阻率和J0，提升開路電壓和短路電流，使產業化TOPCon電池效率提升到25%以上。“TOPCon電池提效路徑也很清晰，降低來自發射極復合及其正/背面的金屬接觸復合是當前提效的主攻方向。一道新能今年底大規模量產的效率目標是25%，中期目標是25.5%以上，中長期目標是超過26%。”宋登元博士介紹。“如果在低成本下量產效率突破25%，這將具有里程碑意義，TOPCon度電成本優勢就會更加明顯，會加快蠶食PERC市場份額，逐步成為市場主流。”
宋登元博士相信，工藝的簡化、電池效率增加、n型硅片和p型硅片溢價差的縮小、銀漿用量以及設備價格的降低，n型TOPCon競爭力越來越明顯，度電成本優勢將顯現，產業化規模將逐步擴大。德國權威研究機構也認為，與PERC技術成本類似的TOPCon將在下一代晶硅太陽能電池中發揮重要作用，甚至可能成為未來支撐疊層太陽能電池發展的關鍵技術。
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