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2024-03-08 19:59:33

一文读懂TOPCon电池技术 - 知乎

一文读懂TOPCon电池技术 - 知乎切换模式写文章登录/注册一文读懂TOPCon电池技术资木各陕西固勤材料技术有限公司员工什么叫TOPCon电池？TOPCon电池是光伏晶硅电池的一种，近年来，由于其高转换效率、低衰减性能、高量产性价比等明显优势，逐步被行业企业采纳。TOPCon电池理论极限效率高达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。2023年作为TOPCon技术爆发的一年，市占率有望占比超过25%。电池技术市占率预估从时间上来看，TOPCon电池技术，最早是由德国Fraunhofer太阳能研究所在2014年提出的一种新型钝化接触太阳能电池。从结构上来看，TOPCon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 Passivated Contact)太阳能电池技术，其电池结构为N型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合。 TOPCon电池结构简图TOPCon电池工艺相比于单晶PERC工序，TOPCon电池生产工序要多出2~3个步骤，分别是沉积隧穿氧化层（超薄SiO2，1~2nm）、沉积本征多晶硅钝化层（60~100nm）、磷注入。 PERC和TOPCon常规工艺对比TOPCon主要工序及作用1. 清洗制绒① 目的硅片切割后其边缘有损伤，硅的晶格结构被破坏、表面复合严重，清洗制绒主要目的在于去除表面损伤并形成表面金字塔陷光结构、光线照射在硅片表面通过多次折射，达到减少反射率的目的。2. 硼扩散工序① 目的主要作用是制备 PN 结，由于硼在硅中的固溶度低，因此需要高温和更长的时间进行扩散。同时，扩散源的选择对生产过程也会有影响，氯化物腐蚀性较强，溴化物黏性大，清洗过程繁琐、增加运维费用。扩散工艺示意图硼扩散通常在较高的温度下完成-超出1000℃，并且和磷扩散所需的102min的循环周期相比，硼扩散的循环时间为150min。② 原理扩散工艺化学反应在炉管内反应生成的气态HCl和H2O会在N2的携带下在炉管内均匀分布，H2O还会与BBr3和O2反应生成B2O3反应生成气态的HBO2，HBO2在高温下也会发生分解，生成B2O3，可以实现B2O3在太阳能电池片表面上的均匀分布；另一方面，H2O还会与炉管内沉积的B2O3发生反应，这样即避免了B2O3在扩散炉管壁的沉积，延长了石英器件的使用寿命，同时增加有效的硼源；HCl还可以与太阳能电池片表面及炉管内的金属杂质反应，生成气态的金属氯化物，随尾气排出，可以避免金属杂质在高温过程中扩散入太阳能电池片内部。3. SE激光掺杂工序① 目的形成选择发射极，主要是在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂，减少前金属电极与硅片的接触电阻；而在电极以外的区域进行低浓度掺杂，可以降低扩散层的复合。通过对发射极的优化，增加太阳能电池的输出电流和电压，从而增加光电转化效率。 TOPCon+SE电池结构② 激光在TOPCon 流程的所在工序PERC SE是掺磷，而TOPCon SE是掺硼，由于硼和磷的分离系数不同，磷更容易从二氧化硅向硅中扩散，而硼更容易从硅从二氧化硅中扩散，需要更大的能量才能推进掺杂，而激光能量过大又易造成硅片损伤，因此将硼掺杂进硅的难度更高。相比于传统的硼扩散，TOPCon电池叠加SE技术理论上可以实现效率提升0.5%，而在实际量产中可以实现效率提升0.2~0.4%。4. 刻蚀工序① 目的刻蚀的主要作用为去除 BSG 和背结。扩散过程会在硅片表面及周边均形成扩散层，周边扩散层容易形成短路，表面扩散层影响后续钝化，因此需要去除。目前刻蚀主要采用湿法，先在链式设备中去除背面与周边扩散层，之后处理正面。5. 制备隧穿氧化层与多晶硅层① 目的背面沉积 1-2nm 隧穿氧化层，之后沉积 60-100nm 多晶硅层形成钝化结构。TOPCon 钝化层制备方式较多，主要分为 LPCVD、PECVD、PVD 路线等，目前以 LPCVD 为主，但绕镀严重，PECVD综合性能具备较强潜力。6. 制备背面减反射膜① 目的在电池背面制备减反射钝化膜层增加对光的吸收，同时，在 SiNx 薄膜形成过程中产生的氢原子对硅片具有钝化作用。7. 正面镀氧化铝① 目的在硅片正面沉积一层氧化铝膜层，与其他膜层共同形成正面钝化作用。8. 制备正面减反射膜① 目的正面减反膜与背面作用基本相同，此外，正面沉积的氧化铝薄膜非常薄，容易在后续电池组件的制作中被破坏，正面 SiNx 对氧化铝也具有保护作用。9. 丝网印刷-激光转印目前在电池印刷环节，大多还是采用的是丝网印刷。未来在N型电池的银浆耗量方向上，激光图形转印技术（Pattern Transfer Printing）可能更有优势。激光转印是一种新型的非接触式的印刷技术，该技术是在特定柔性透光材料上涂覆所需浆料，采用高功率激光束高速图形化扫描，将浆料从柔性透光材料上转移至电池表面，形成栅线，制备前后电极。10. 烧结通过高温烧结形成良好的欧姆接触。11. 自动分选对不同转换效率的电池片进行分档。TOPCon电池优势TOPCon电池之所以能被广大企业所采纳，其优势很明显，具体如下：1. 高转换效率TOPCon目前量产效率最高的厂家效率高达25.2%，当前主流的PERC是23.2%，TOPCon高2个百分点。预计到2023年下半年，TOPCon可以达到26.8%，PERC的效率在23.5%左右，效率差能达到3.3个百分点。2. 低衰减率N 型电池硅片基底掺磷，无硼-氧对形成复合中心对电子捕获的损失，几乎无光致衰减。TOPCon组件首年衰减率约1%(PERC约 2%)，首年后年均衰减率约0.4%(PERC约0.45%)。3. 低温度系数在组件端，PERC组件功率温度系数为-0.34%/℃，而TOPCon组件的功率温度系数低至-0.30%/℃，使得TOPCon组件在高温环境下的发电量尤为突出。4.高双面率TOPCon双面率可达80%+，PERC为70%左右。大基地项目由于地域辽阔，地面反射率较高(通常可达30%)，在大基地项目中使用具备高双面率的N型组件发电增益更为明显。发布于 2023-07-19 09:44・IP 属地陕西电池技术电池TOPCon电池赞同 193 条评论分享喜欢收藏申请

深度解析TOPCon电池技术 - 知乎

深度解析TOPCon电池技术 - 知乎切换模式写文章登录/注册深度解析TOPCon电池技术石大小生北京北方华创微电子装备有限公司销售作为一名半导体设备销售，定期学习半导体知识。1. TOPCon技术介绍隧穿氧化层钝化接触太阳能电池（Tunnel Oxide Passivated Contact solar cell,TOPcon）是2013年在第28届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池，首先在电池背面制备一层 1～2nm 的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。2. TOPCon 理论极限效率不同电子/空穴选择性接触材料结合组成电池的极限效率28.7%，目前全面积电池最高转化效率达到25.4%；3. 电池效率损失分析3.1 光损失（叠层电池）长波长的入射光子能量小于材料的禁带宽度，导致入射光直接穿过电池—低能量光子损失；入射光能量远高于材料的禁带宽度，产生的高能电子-空穴对与晶格碰撞热弛豫损失掉—高能量光子损失；3.2 复合损失（PERC/HJT/TOPCon）电子和空穴穿越P-N结的复合损失；电子和空穴在电极接触区的复合损失；电子和空穴在衬底内/界面处复合损失；4. 界面钝化目的4.1 传统晶体硅(c-Si)太阳能电池制约传统晶体硅(c-Si)太阳能电池效率进一步提高的关键因素是在金属电极和硅之间的界面处载流子复合造成的损失，造成Jo负荷电流偏高。4.2 常规AL-BSF背电场全铝接触常规AL-BSF（Aluminium Back SurfaceField）铝背场太阳能电池由于背面金属电极直接与Si接触，背面全金属复合，载流子复合严重，导致J0偏高，Voc难以超过685mv，目前最高效率20.3%，基本已被市场淘汰；4.3 PERC背钝化局部接触采用PERC背钝化接触技术后，由于AL2O3/SiNx均为介质绝缘膜，为实现电学接触，需对介质膜进行局域开孔，由此造成载流子需通过二维输运才能被金属电极收集，造成横向电阻输运损耗，FF随着金属接触间距的增加而减少，同时金属与Si局域接触仍然在该区域存在较高的复合，即Jo，metal比较高,且Voc无法超过700mv。目前最高效率24.06%，根据ISFH测算，PERC电池的理论极限效率为24.5%；4.4 TOPCon 隧穿钝化接触TOPCon 钝化接触电池的Poly-Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用，氧化硅通过化学钝化降低Si基底与Poly-Si之间的界面态密度，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电阻率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域，多子传输导致电阻损失，同时少量少子向金属接触区迁移导致复合损失，前者对应接触电阻pc，后者对应界面复合J0，目前J0低至2fA/cm2，pc低至3mΩ/cm2的n+Poly钝化接触，Voc高达733mv，电池Voc突破700mv，目前最高效率为25.4%，根据ISFH测算，TOPCon电池的理论极限效率为28.7%；5. TOPCon电池结构5.1 因其特殊的能带结构，超薄氧化层可允许多子隧穿而阻挡少子透过，在其上沉积一层金属作为电极就实现了无需开孔的钝化接触结构；5.2 无需激光开孔，采用N型硅片无光致衰减，兼容中高温烧结；5.3 主要提升的钝化是背面钝化，背面采用1-2nm的高质量SiOx层结合掺杂非晶硅进行高温晶化退火从而实现全区域的钝化接触，采用高质量的超薄氧化硅和掺杂多晶硅层，实现全背面的高效钝化和载流子选择性收集；6. TOPCon隧穿钝化原理跟现有PERC相比，TOPCon的核心结构是超薄的二氧化硅层，利用量子隧穿效应，既能让电子顺利通过，又可以阻止空穴的复合。7. TOPCon隧穿钝化效果7.1 全面积钝化表面使得无硅/金属接触界面，有利于提升开路电压Voc，而全面积地收集载流子，降低寿命敏感度，有利于提升填充因子FF；7.2 阻挡少子通过同时使多子无障碍的轻松通过，因此可以减少复合；7.3 结构中的钝化层可以抑制硅片表面的载流子复合，提高硅片的少子寿命和电池的开路电压，载流子选择收集钝化接触结构可以被应用到电池的全表面，而无需开孔形成局部钝化接触，这不仅简化了制造工艺同时载流子只需进行一维方向的输运而无需另外的横向传输，因而可以获得更高的填充因子；8. TOPCon 电池与无氧化硅钝化电池 I-V 对比上图电池Ｒef（a）( b)是无氧化硅钝化的电池，其中电池b比电池a增加了背表面重掺杂的n + -poly-Si层，而TOPCon具有氧化硅双面钝化功能，使得Voc，Jsc，FF和Eff均为最高，分别达到729.8mV，39.98mA/cm2、0.86和24.98%。TOPCon电池与具有背场功能的Ｒef( b)电池相比，Jsc只增加了0.89mA/cm2 ，增幅为2.3%，而Voc增加了73.4mV，增幅达到了 11.2%，这说明氧化硅对晶体硅前后表面的钝化可以大幅减少载流子在电池前后表面的复合，增加电池的开路电压，从而提升电池的效率。9. 不同SiOx厚度对 TOPCon 电池 Voc、Jsc、FF、Eff 的影响氧化硅厚度对TOPCon电池性能的影响，随着厚度的增加，Voc快速增加，然后基本保持不变，当氧化硅厚度为1.2nm时，Voc达到最大值738.1mV，另外3个电池参数Jsc，FF和Eff 随氧化硅厚度的变化趋势基本一致，随厚度递增先缓慢增大然后迅速减小,当氧化硅厚度为1.2nm时，Jsc和Eff分别达到最大值42.02mA/cm2和26.8%，说明TOPCon电池中,氧化硅的厚度存在一个最佳值(1.2nm)．当氧化硅厚度大于1.2nm时，电池的效率开始急剧下降。10. 不同 SiO x 厚度下 TOPCon 电池的能带及电子和空穴浓度当不存在SiOx时，其电子准费米能级(EnF)在SiOx与n-c-Si界面之间出现了轻微的不连续，这种不连续几乎很难对多数载流子(电子)造成影响。但是当插入SiOx薄层时，p + -poly-Si/n-c-Si 界面出现了很明显的电子准费米能级的不连续性。在开路的条件下，载流子的净复合率等于净产生率．氧化物的插入会阻止 n-c-Si 中的多子流向前表面与空穴复合，这在一定程度上降低了 n-c-Si 与 p + -poly-Si 和前电极的复合．另外，n-c-Si 中的电子浓度大于空穴，在高复合区域存在较少的电子浓度．正是因为存在电子准费米能级的不连续性才导致了在SiO x 与n-c-Si 之间复合速率的降低。在 n-c-Si 中的电子和空穴浓度基本是接近的，但还是电子浓度大于空穴浓度，表明电子尽管在前界面处不易隧穿 SiO x ，但是后界面处容易隧穿．同时，空穴没有形成准费米能级的不连续性，前表面的空穴容易隧穿，而后表面对空穴则形成一定的阻碍，这都表明钝化效果体现在载流子的输运上，也就是钝化界面态作用。11. 氧化硅介孔密度(Dph)对 TOPCon电池 Voc、Jsc和Eff的影响氧化硅的介孔密度(Dph)表征氧化硅中的缺陷密度，载流子在分布有介孔密度的氧化硅体内的隧穿，本质上是载流子在二维空间上的输运，但是在氧化硅为几个nm 的厚度情况下，可以把这种载流子二维输运近似为一维输运来处理，当 Dph低于 10－6时，最高的Voc可达到约740mV，如图 5 所示，这表明低的介孔密度对 Voc几乎没有影响，当Dph介于10－6～10－4时，对Voc影响也可以忽略不计的。Dph对TOPCon电池Jsc的影响，Dph从10－12增大到10－6的过程中，当氧化硅厚度为0.6nm时，Jsc保持为40.0mA/cm2几乎没有变化，然而，当氧化硅厚度为1.2nm时，Jsc从46.2mA/cm2 显著降低到38.8mA/cm2，这已经低于没有氧化硅钝化时器件的 Jsc。这表明氧化硅的厚度越大，介孔密度对短路电流的影响越大，氧化硅的介孔密度越大，器件的钝化效果越差，器件的漏电流增大，当介孔密度大于10-2时，介孔密度对短路电流的影响已经与氧化硅厚度无关。12. 氧化硅中的隧穿电流和针孔导致的局部复合电流的模型针孔导致多晶硅与晶体硅直接接触形成高复合电流(Jrec)，另外电子从多晶硅直接隧穿通过氧化硅形成隧穿电流(Jtun)．13. 多晶硅掺杂浓度对TOPCon电池的 Voc和 Eff的影响对于传统的 p-n 结 c-Si 太阳能电池，发射层的掺杂浓度越高，耗尽区的内建电场越大，减少了光生载流子在 c-Si 界面的积累，从p-n结的另一侧注入的少数载流子的数目仅仅是处于热平衡的少数载流子的数目．降低少数载流子浓度可以减少复合，而提高掺杂浓度可以使少数载流子浓度最小化．然而，高掺杂会导致载流子扩散长度的减少，从而增加载流子复合。因此，在传统的p-n结c-Si太阳电池中，存在一个最佳的发射层掺杂浓度．由于TOPCon太阳电池中p+或n+多晶硅层的厚度只有30nm，因此不会出现没有高掺杂浓度导致扩散长度减小的现象．此外，p+或n+多晶硅层中的高掺杂会增加电子或空穴在氧化硅中的隧穿概率．因此，多晶硅层的掺杂浓度越高，TOPCon 太阳能电池的开路电压和效率就越高。14. 具有局部针孔的n+型多硅/硅结的简图当氧化硅厚度＜2nm时，主要以载流子隧穿进行传输；当氧化硅厚度＞2nm时，载流子主要通过氧化硅层中的针孔（pinhole）进行传输，pinhole密度高虽然对传输有利，但对钝化不利，载流子传输会受限。发布于 2022-01-31 06:59电池半导体产业半导体赞同 14215 条评论分享喜欢收藏申请

TOPCon技术，看这一篇就够了_电池

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TOPCon技术，看这一篇就够了

2020-11-25 21:17

来源:

光伏前沿

原标题：TOPCon技术，看这一篇就够了

由亚化咨询主办的第六届PERC+, N型电池与TOPCon技术论坛将于 12月3-4日在常州召开。来自天合、拉普拉斯、晶科、正泰、中来、隆基绿能、贺利氏、PVInfolink、东方日升、深圳石金、阿特斯、Fraunhofer、IMEC、中科院电工所、h.a.l.m、国电投等单位的专家将作重要报告。

相对P型晶硅电池，N型晶硅电池的少子寿命高，无光致衰减，弱光效应好，温度系数小，是晶硅太阳能电池迈向理论最高效率的希望。

TOPCon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 Passivated Contact）太阳能电池技术，其电池结构为N型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，为N-PERT电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。

关于我们

TOPCon电池概念

TOPCon电池的概念由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer-ISE）于2013年提出，下图为该N型钝化接触太阳能电池的结构示意图。

图1. 钝化接触太阳能电池结构示意图

TOPCon正面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触，硅片背面由一层超薄氧化硅（1~2nm）与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成。钝化性能通过退火过程进行激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。在850°C的退火温度下退火，iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能，所制备的电池效率超过 23%。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录（25.8%）由Fraunhofer-ISE研究所保持。

TOPCon工艺流程

TOPCon电池最大程度保留和利用现有传统P型电池设备制程，只需增加硼扩和薄膜沉积设备，无须背面开孔和对准，极大的简化了电池生产工艺，量产化困难度低。

展开全文

图2. TOPCon 工艺流程图

目前用于生长高质量重掺杂多晶硅层的方法有LPCVD（低压化学气相沉积）和PECVD两种。一种是用LPCVD原位（或离位）掺杂形成多晶硅，由于LPCVD沉积过程会带来绕镀问题，使电池性能退化，因此可选择离位掺杂，即LPCVD形成本征多晶后再进行扩散或离子注入掺杂，形成重掺杂的多晶硅；另一种是使用PECVD沉积掺杂非晶硅或微晶硅层，再经过退火得到掺杂的多晶硅。

工业上常用的多晶硅层厚度约为160-200nm，为了节省成本和提高性能，电池制造商希望将多晶硅层厚度降低到100nm，甚至50nm。

TOPCon电池的优点与缺点

TOPCon电池的优点

(1) 电池转换效率高，具有优越的界面钝化和载流子输运能力，较高的Uoc和FF

数据来源：CPIA, 2020.4

表1 TOPCon电池转换效率记录情况

(1) 光致衰减低，掺磷的N型晶体硅中硼含量极低，削弱了硼氧对的影响

(2) 工艺设备产线兼容性高，可与PERC、N-PERT双面电池的高温制备工艺产线相兼容

(3) N型TOPCon电池可与SE、IBC、多主栅、半片、叠片技术相结合，显著提高电池效率及组件功率

TOPCon电池的缺点

(1) 成本较高，相比较于标准PERC工艺，TOPCon技术资本支出（CAPEX）偏高约 10%，运营成本（OPEX）偏高约 25%

(2) 效率提升潜力有限

TOPCon的降本之路

相比较于标准PERC工艺，TOPCon的成本相对较高，如果与PERC竞争性价比，则TOPCon效率至少要达到 24.5%以上。

TOPCon后续优化降本方向：

(1) 降低n-poly层厚度，降低成本，减少自由载流子吸收

(2) 避免边缘绕镀，提升电池性能

(3) 设备成熟度及成本的降低

(4) 浆料性能突破，降低 J0, metal

为进一步提升电池效率，光伏技术路线从P型向N型升级，启动下一轮电池技术变革。TOPCon因其优异的高效性及兼容性，越来越受市场的关注，成为N型高效电池产业化的切入点。

贺利氏光伏一直致力于快速匹配新方向太阳能电池银浆的开发，对于N型TOPCon太阳能电池背面更薄多晶硅层方向，以及正面硼扩硅片接触，开发了新的金属化浆料配方，可以在较低的烧结温度下，提高开压的同时保持良好的接触，获得了 0.2% 的效率增益。返回搜狐，查看更多

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HJT、TopCon电池 - 知乎

HJT、TopCon电池 - 知乎首发于一文读懂行业投资逻辑切换模式写文章登录/注册HJT、TopCon电池虫虫光伏电池片技术发展史：铝背场BSF电池(1代，2017年以前)→PERC电池(2代，2017年至今)→PERC+/TOPCon(2.5代)→HJT电池(3代)→HBC电池(4代，可能潜在方向)→钙钛矿叠层电池(5代，可能潜在方向)。第三代HJT电池技术为何受追捧？HJT电池，也叫HIT电池，俗称异质结电池，都是第三代电池片，全称为晶体硅异质结太阳电池，是一种采用HIT结构的硅太阳能电池，该技术是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜。综合了晶体硅电池与薄膜电池的核心竞争力，能提高光电转换效率，是高转换效率硅基太阳能电池的热门朝向中的一种：100个太阳光，预计能抓取发电预计达28个，一代电池片仅能抓取13个左右。在 25 年的全生命周期综合发电量较PERC高 15%-20%。HJT电池片，其生产工艺流程能缩减到4道工艺，相比PERC（8道工艺）、TOPCon（9到12道工艺），可以说大大减少工艺投入、维护费用；另外其光致衰减相比另外两种更低，10 年衰减率小于 3%，25 年衰减率仅为 8%，也就是同样老化程度下，可用发电能力提高。HJT电池技术大概率成为未来光伏电池片的主流技术。异质结电池四步核心工艺：清洗制绒-非晶硅薄膜沉积-导电膜沉积-印刷电极与烧结。与PERC工艺的区别在于：1)非晶硅薄膜沉积环节，使用PECVD或RPD沉积本征氢化非晶硅层和P型/N型氢化非晶硅层;2)镀膜环节使用PVD沉积TCO导电膜;3)印刷电极方面需使用低温银浆;4)烧结过程需控制低温烧结。异质结HIT电池的优点1．应用范围广泛：大量利用在太阳能板、城市公共交通、通讯设备、电力安装工程、国防科技或是在远洋航行、国内航空不同经济领域，HIT电池都具有了不能缺失的重要作用。2．效率提升潜力高：HIT电池采用的N型硅片具有较高的少子寿命，非晶硅钝化处理的对应结构同样也可以取得较低的表面复合型速率，以至于硅异质结太阳能电池的开路电压远高于传统式单晶硅太阳能电池，其效率潜力比当前利用P型硅片的PERC电池大至更是高达2％3．成本费用低、生产工艺简单不复杂：HIT电池融合了薄膜太阳能电池超低温的生产制造优点，规避了传统式的高温工艺。HIT工艺流程相比简单化，所有生产工艺流程只需四个部分就可以实现4．高稳定性，高效率：HIT电池的光照稳定性好，异质结中的非晶硅薄膜并没有发现Staebler－Wronski效应，也就代表着电池转换效率不会因光照而出现衰退的迹象。5．正反两面电池：HIT电池是非常好的正反两面电池，正面和背面基本上无色调差距，且双面率（指电池背面效率与正面效率之比）可达到九十％以上，极高可以达到九十八％，背面发电的核心竞争力明显。但是，HJT电池也存在一定的问题，例如:(1)设备投资高，由于采用了薄膜沉积技术，需要用到高要求的真空设备;(2)工艺要求严格，获得低界面态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺环境和操作要求也比较高;(3)透明导电薄膜一般为氧化铟掺杂金属氧化物成本偏高，低温银浆电阻率偏高导致银浆单耗居高不下;(4)需要低温组件封装工艺，由于HJT电池的低温工艺特性，不能采用传统晶体硅电池后续高温封装工艺，需要开发适合的低温封装工艺。1.迈为股份：光伏丝网印刷设备龙头公司主营光伏电池丝网印刷生产线成套设备，用于电池片制造后道工序中。目前公司丝网印刷设备在国内增量市场份额已超过70%，居于首位。2.金辰股份：光伏组件设备龙头公司为全球光伏组件设备龙头，市占率达50%，客户覆盖隆基、晶澳、东方日升等一线龙头。近年来，公司逐步向电池片设备产业链延伸，市场空间几倍于组件设备，且客户大部分趋同，有望在HJT+TOPCon电池片设备“弯道超车”。3.捷佳伟创：光伏电池设备龙头光伏电池片设备龙头，受益新型高效电池产能扩张：公司主营光伏制绒设备、扩散炉、抛光设备、淀积炉、自动化设备、丝印设备等六大系列，产品市占率超50%。4.上机数控：薄片化切片机龙头公司切片机业务国内市占率45%左右。公司在行业内与大连连城(隆基股份关联方企业)、青岛高测(科创板上市)形成三方寡头垄断。光伏单晶硅趋向大尺寸化。主流光伏组件厂商纷纷布局210、182等大尺寸组件，带动210、182等大尺寸单晶硅需求，从而带来光伏切片机迭代需求。TOPCon电池 TOPCon简介TOPCon太阳能电池（隧穿氧化层钝化接触，Tunnel Oxide Passivated Contact）是一种使用超薄氧化层作为钝化层结构的太阳电池。2013年德国Fraunhofer 研究所的Frank Feldmann博士在28th EU-PVSEC首次报道了TOPCon电池概念。TOPCon原理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，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。TOPCon结构电池基板以N型硅基板为主，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。 TOPCon电池优势1 优良的界面钝化能力；2 有效的掺杂使得硅衬底中费米能级分离（高Voc）；3 很强的多子输运能力（高FFs）。4. TOPCon VS HIT 对比1. 光的寄生吸收损失降低；2. Si薄膜电阻降低，缺陷态密度也较低；3.Si/TCO的接触电阻降低。4. 氧化硅薄层的作用氧化硅薄层对TOPCon钝化效果的影响，混合型硅薄膜结构能有效改善电池背表面的钝化效果，有较低的缺陷态密度，提高了其开路电压。TOPCon电池的载流子输运机制TOPCon电池总结1 对于TOPCon结构（c-Si/SiOx/doped poly-Si），PECVD生长的a-Si经退火后能获得较好的钝化效果，然而非晶硅由于较高的H含量，容易出现起泡现象；2 PECVD生长的μc-Si薄膜在退火过程中能够保持稳定，但是钝化效果略低。μc-Si/a-Si混合结构能抑制起泡，并且获得较高的钝化性能，少子寿命超过3.2ms, iVoc超过720mV；3 发射极的表面钝化对电池性能至关重要，通过改善发射极的钝化，电池开路电压显著提高。随着太阳能电池研究的不断进步与深入，多种不同结构的高效太阳能电池被开发，如 PERC、IBC、HIT、TOPCon等，同时太阳能电池转换效率越来越接近其理论极限。纵观单晶硅太阳能电池世界效率纪录的提升历史，会发现效率提升有三个比较快速的时期。前两个分别是1954-1960年晶硅太阳能电池刚研发出来的几年内以及1985-2000年前后。前者发射极没有钝化(un-passivated emitter)，效率提升(从5%到15%)更多得益于光学方面的改善；后者则对发射极进行了钝化(passivated emitter)，同时在背面引入金属局域接触对背面也进行了钝化，该时期的效率提升(从20%到25%)更多来自于电学（复合）方面的增益。第三个时期就是在最近几年，效率提升(>25%)得益于对金属接触进行了全区域的钝化(passivating contacts)。1.钝化接触电池背景介绍目前商业化的晶体硅太阳能电池中，前表面一般采用浅结高方阻设计，对于p型电池，前表面为磷掺杂的n+发射极结构，经过丝网印刷、烧结之后金属接触区域的暗饱和电流密度（J0,metal）为800~1000 fA/cm2；对于n型电池，前表面具有相同方阻的p+发射极经过丝网印刷、烧结之后，金属接触区域的暗饱和电流密度（J0,metal）为1000~2000 fA/cm2。随着市场对高效电池和高功率组件的需求急剧增加，降低金属-半导体接触区域的复合显得尤为重要。1.1 何为钝化接触太阳能电池隧穿氧化层钝化接触（Tunnel Oxide Passivating Contacts）电池的概念由德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)于2013年提出，下图为该N型钝化接触太阳能电池的结构示意图。图1. 钝化接触太阳能电池结构示意图[1]前表面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，主要区别在于背面。硅片背面采用硝酸湿法氧化出一层1.4 nm左右的极薄氧化硅层，并利用PECVD在氧化层表面沉积一层20 nm厚的磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜。钝化性能需通过后续退火过程激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。在850 °C的退火温度下退火，iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm²，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。所制备的电池效率超过23%，其余电性能参数如Voc, Jsc和FF在表1中列出。下图2和图3分别为Fraunhofer-ISE 的单晶钝化接触太阳能电池的效率提升及钝化性能改善曲线，从中可以看到钝化接触技术对于效率提升的潜力。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8%)由该研究所保持（其余电性能参数见表1）。图2. Fraunhofer-ISE的N型单晶钝化接触太阳能电池效率进展图3. Fraunhofer-ISE的N型单晶钝化接触太阳能电池钝化性能进展1.2 钝化接触太阳能电池的优势为什么高效太阳能电池效率提升到25%之后的技术路线是钝化接触电池，而非其他结构的太阳能电池；为什么是N型钝化接触电池，而非P型钝化接触电池，这是个值得思考的问题。常规Al-BSF太阳能电池由于背面金属电极直接与Si接触，载流子复合严重，导致J0偏高，Voc难以超过685 mV。PERC太阳能电池在背面金属与Si之间沉积Al2O3/SiNx叠层钝化膜，利用场钝化和化学钝化对背表面实现了优异的钝化效果，提高了电池Voc。目前PERC太阳能电池的Voc可以接近690 mV，但仍难以超过700 mV。由于Al2O3/SiNx均为介质绝缘膜，为实现电学接触，需对介质膜进行局域开孔，由此造成载流子需通过二维输运才能被金属电极收集，造成横向电阻输运损耗，FF随着金属接触间距的增加而减少。同时金属与Si局域接触仍然在该区域存在较高的复合，即J0,metal比较高。更高效的太阳能电池要求在具有良好的界面钝化情况下，尽可能实现一维纵向输运，使Voc和FF最大化。而钝化接触便是实现该功能的途径之一。钝化接触电池的Poly-Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用，氧化硅通过化学钝化降低Si基底与Poly-Si之间的界面态密度。多数载流子通过隧穿原理实现输运，少数载流子则由于势垒以及Poly-Si场效应的存在难以隧穿通过该氧化层。在重掺Poly-Si中，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域，多子传输导致电阻损失，同时少量少子向金属接触区域迁移导致复合损失。前者对应接触电阻ρc，而后者则对应界面复合J0。目前国际报道了J0低至2 fA/cm2，ρc低至3 mΩ/cm2的n+ Poly钝化接触，iVoc高达733 mV [2]，而电池Voc也可轻松突破700 mV。HIT也采用了类似接触钝化的技术。HIT采用非晶硅作为钝化材料，非晶硅存在较严重的寄生吸收，同时由于非晶硅的钝化性能对温度敏感，所以HIT电池要求制备温度低于200 °C，配套地要求使用低温银浆、透明导电层（TCO），而TCO存在较强的自由载流子吸收。此外仅靠单层TCO作为减反射层，减反效果较差。综合这些因素可以认为钝化接触电池是目前更具有量产前景的钝化接触技术。图4. n+ Poly，p+ Poly和a-Si:H三者的钝化接触性能[3]图4显示了n+ Poly，p+ Poly和a-Si:H三者的钝化接触性能[3]。可以看出n+ Poly和a-Si:H的钝化性能接近，均优于p+ Poly钝化性能。但是，a-Si:H接触电阻率（ρc）比n+ Poly大，p+ Poly无论钝化性能还是接触电阻率都不如n+ Poly。目前PERC太阳能电池背面采用Al2O3/SiNx叠层钝化，J0低于10 fA/cm2，钝化性能甚至优于p+ Poly，使p+ Poly在p型太阳能电池中丧失优势；而n+ Poly用作P型太阳能电池前表面的发射极，则又会存在多晶硅寄生吸收的问题，导致短路电流低。因此P型钝化接触电池相对N型钝化接触电池更没有优势，这也是几乎所有企业都将目光聚焦在N型钝化接触电池的原因。1.3 钝化接触太阳能电池的潜力从宏观上讲，SiOx/(n+或p+) Poly与a-Si:H(i)/a-Si:H(n+或p+)均属于载流子选择性接触结构，即满足以下两方面的条件：1）抑制少数载流子的传输，避免其达到界面与多数载流子发生复合（低的J0）；2）促进多数载流子的有效传输，降低电阻损失（低的ρc）。德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）所长R. Brendel、R. Peibst及J. Schmidt为了定量比较不同材料的电学性能，将钝化性能参数（J0）和接触性能参数（ρc）结合在一起，定义了材料载流子选择性（Selectivity）的概念，用S10表示[4]。其中，S10=log[Vth/( J0•ρc)]，Vth为25 °C时的热电压。不同的载流子选择性材料与硅基底结合构成载流子选择性电池，材料的载流子选择性决定电池极限效率的上限。R. Brendel、R. Peibst及J. Schmidt在2019年Silicon PV的报告会上基于载流子选择性S10的概念从理论上对不同结构太阳能电池的理论效率极限做了细致的分析[5]，如图5所示。SE+TPCon的技术路线TOPCon+IBC技术路线编辑于 2021-08-27 10:22股票电池太阳能光伏赞同 11613 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录一文读懂行业投资逻辑争取一篇文章让你快速了解行业、公司的投

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TopCon电池是什么?它的原理和优势是什么?

来源：光伏网整理发布时间：2023-07-23 14:05:35作者:zhy

TopCon电池是什么?TopCon电池是一种基于选择性载流子原理的太阳能电池，也被称为隧穿氧化钝化电池或i-TOPCon电池。其工作原理基于选择性载流子原理，通过在电池表面添加一层二氧化硅，使电池能够选择性透过电子而阻挡空穴，从而显著提高电池的开路电压和填充因子。图片来自pexelsTopCon电池原理TopCon电池的原理基于选择性载流子原理。在电池表面添加一层二氧化硅，使电池能够选择性透过电子而阻挡空穴，从而显著提高电池的开路电压和填充因子。这种电池结构通过在N型硅衬底上制备一层超薄氧化硅，再沉积一层掺杂硅薄层，共同形成钝化接触结构。这种结构可以有效降低表面复合和金属接触复合，为N-PERT电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。因此，TopCon电池的特点是具有高效率、长寿命、高温工作、低成本等优势。这种电池的结构设计使得它的开路电压和填充因子得到了显著提高，从而使得电池的转换效率更高。同时，由于其寿命较长，可以持续工作数十年。而且，这种电池可以在高温环境下工作，提高了电池的工作效率。最重要的是，TopCon电池的生产成本较低，这也是它在市场上受到广泛关注的原因之一。总之，TopCon电池的原理是基于选择性载流子原理，通过在电池表面添加一层二氧化硅，使电池能够选择性透过电子而阻挡空穴，从而提高电池的开路电压和填充因子。这种结构的设计使得TopCon电池具有高效率、长寿命、高温工作、低成本等优势，使得它成为一种具有广泛应用前景的太阳能电池。TopCon电池优势有以下几点：高效率：TopCon电池的开路电压和填充因子得到了显著提高，使得电池的转换效率更高。长寿命：TopCon电池的寿命较长，能够持续工作数十年。高温工作：TopCon电池可以在高温环境下工作，提高了电池的工作效率。低成本：与其它类型的电池相比，TopCon电池的生产成本较低。随着全球对可再生能源的需求不断增加，太阳能电池市场在不断增长。TopCon电池作为一种高效率、低成本、长寿命的太阳能电池，市场份额在不断扩大。未来，随着技术的不断进步和市场需求的增加，TopCon电池的市场规模将继续增长。因此，投资者可以关注一些生产TopCon电池的上市公司，以及与光伏产业相关的的新兴公司和技术。

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您的位置：光伏光伏组件太阳能电池技术正文TopCon电池知识大全2020-04-08 08:19来源：光伏测试网关键词：Topcon太阳能电池光伏技术收藏点赞分享订阅投稿我要投稿后PERC时代，究竟是TOPCon还是HJT？业界尚无定论。本文汇集了关于TOPCon的相关知识，供大家参阅。本文包括以下内容：1.TOPCon技术的历史与基础知识2.TOPCon工艺优化3.SE+TOPCon的技术路线4.TOPCon+IBC技术路线5.TOPCon设备与国产化进展TOPCon技术的历史与基础知识（来源：微信公众号“光伏测试网”）在晶体硅太阳能电池中，金属-半导体接触区域存在严重的复合，成为制约晶体硅太阳能电池效率发展的重要因素。隧穿氧化层钝化金属接触结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成，可以显著降低金属接触区域的复合，同时兼具良好的接触性能，可以极大地提升太阳能电池的效率。为了评估目前商业化高效电池的效率潜能，如PERC、HIT、钝化接触电池等，德国知名太阳能研究所（ISFH）在2019年Silicon PV的报告会上基于载流子选择性的概念从理论上对不同结构太阳能电池的理论效率极限做了细致的分析，结论是钝化接触电池（例如TOPCon电池）具有更加高的效率极限（28.2%~28.7%），高于HIT的27.5%极限效率，同时也远远高于PERC电池（24.5%），最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率（29.43%）。随着太阳能电池研究的不断进步与深入，多种不同结构的高效太阳能电池被开发，如 PERC、IBC、HIT、TOPCon等，同时太阳能电池转换效率越来越接近其理论极限。纵观单晶硅太阳能电池世界效率纪录的提升历史，会发现效率提升有三个比较快速的时期。前两个分别是1954-1960年晶硅太阳能电池刚研发出来的几年内以及1985-2000年前后。前者发射极没有钝化(un-passivated emitter)，效率提升(从5%到15%)更多得益于光学方面的改善；后者则对发射极进行了钝化(passivated emitter)，同时在背面引入金属局域接触对背面也进行了钝化，该时期的效率提升(从20%到25%)更多来自于电学（复合）方面的增益。第三个时期就是在最近几年，效率提升(>25%)得益于对金属接触进行了全区域的钝化(passivating contacts)。1.钝化接触电池背景介绍目前商业化的晶体硅太阳能电池中，前表面一般采用浅结高方阻设计，对于p型电池，前表面为磷掺杂的n+发射极结构，经过丝网印刷、烧结之后金属接触区域的暗饱和电流密度（J0,metal）为800~1000 fA/cm2；对于n型电池，前表面具有相同方阻的p+发射极经过丝网印刷、烧结之后，金属接触区域的暗饱和电流密度（J0,metal）为1000~2000 fA/cm2。随着市场对高效电池和高功率组件的需求急剧增加，降低金属-半导体接触区域的复合显得尤为重要。1.1 何为钝化接触太阳能电池隧穿氧化层钝化接触（Tunnel Oxide Passivating Contacts）电池的概念由德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)于2013年提出，下图为该N型钝化接触太阳能电池的结构示意图。图1. 钝化接触太阳能电池结构示意图[1]前表面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，主要区别在于背面。硅片背面采用硝酸湿法氧化出一层1.4 nm左右的极薄氧化硅层，并利用PECVD在氧化层表面沉积一层20 nm厚的磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜。钝化性能需通过后续退火过程激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。在850 °C的退火温度下退火，iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。所制备的电池效率超过23%，其余电性能参数如Voc, Jsc和FF在表1中列出。下图2和图3分别为Fraunhofer-ISE 的单晶钝化接触太阳能电池的效率提升及钝化性能改善曲线，从中可以看到钝化接触技术对于效率提升的潜力。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8%)由该研究所保持（其余电性能参数见表1）。图2.Fraunhofer-ISE的N型单晶钝化接触太阳能电池效率进展图3.Fraunhofer-ISE的N型单晶钝化接触太阳能电池钝化性能进展1.2 钝化接触太阳能电池的优势为什么高效太阳能电池效率提升到25%之后的技术路线是钝化接触电池，而非其他结构的太阳能电池；为什么是N型钝化接触电池，而非P型钝化接触电池，这是个值得思考的问题。常规Al-BSF太阳能电池由于背面金属电极直接与Si接触，载流子复合严重，导致J0偏高，Voc难以超过685 mV。PERC太阳能电池在背面金属与Si之间沉积Al2O3/SiNx叠层钝化膜，利用场钝化和化学钝化对背表面实现了优异的钝化效果，提高了电池Voc。目前PERC太阳能电池的Voc可以接近690 mV，但仍难以超过700 mV。由于Al2O3/SiNx均为介质绝缘膜，为实现电学接触，需对介质膜进行局域开孔，由此造成载流子需通过二维输运才能被金属电极收集，造成横向电阻输运损耗，FF随着金属接触间距的增加而减少。同时金属与Si局域接触仍然在该区域存在较高的复合，即J0,metal比较高。更高效的太阳能电池要求在具有良好的界面钝化情况下，尽可能实现一维纵向输运，使Voc和FF最大化。而钝化接触便是实现该功能的途径之一。钝化接触电池的Poly-Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用，氧化硅通过化学钝化降低Si基底与Poly-Si之间的界面态密度。多数载流子通过隧穿原理实现输运，少数载流子则由于势垒以及Poly-Si场效应的存在难以隧穿通过该氧化层。在重掺Poly-Si中，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域，多子传输导致电阻损失，同时少量少子向金属接触区域迁移导致复合损失。前者对应接触电阻ρc，而后者则对应界面复合J0。目前国际报道了J0低至2 fA/cm2，ρc低至3 mΩ/cm2的n+ Poly钝化接触，iVoc高达733 mV [2]，而电池Voc也可轻松突破700 mV。HIT也采用了类似接触钝化的技术。HIT采用非晶硅作为钝化材料，非晶硅存在较严重的寄生吸收，同时由于非晶硅的钝化性能对温度敏感，所以HIT电池要求制备温度低于200 °C，配套地要求使用低温银浆、透明导电层（TCO），而TCO存在较强的自由载流子吸收。此外仅靠单层TCO作为减反射层，减反效果较差。综合这些因素可以认为钝化接触电池是目前更具有量产前景的钝化接触技术。图4. n+ Poly，p+ Poly和a-Si:H三者的钝化接触性能[3]图4显示了n+ Poly，p+ Poly和a-Si:H三者的钝化接触性能[3]。可以看出n+ Poly和a-Si:H的钝化性能接近，均优于p+ Poly钝化性能。但是，a-Si:H接触电阻率（ρc）比n+ Poly大，p+ Poly无论钝化性能还是接触电阻率都不如n+ Poly。目前PERC太阳能电池背面采用Al2O3/SiNx叠层钝化，J0低于10 fA/cm2，钝化性能甚至优于p+ Poly，使p+ Poly在p型太阳能电池中丧失优势；而n+ Poly用作P型太阳能电池前表面的发射极，则又会存在多晶硅寄生吸收的问题，导致短路电流低。因此P型钝化接触电池相对N型钝化接触电池更没有优势，这也是几乎所有企业都将目光聚焦在N型钝化接触电池的原因。1.3 钝化接触太阳能电池的潜力从宏观上讲，SiOx/(n+或p+) Poly与a-Si:H(i)/a-Si:H(n+或p+)均属于载流子选择性接触结构，即满足以下两方面的条件：1）抑制少数载流子的传输，避免其达到界面与多数载流子发生复合（低的J0）；2）促进多数载流子的有效传输，降低电阻损失（低的ρc）。德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）所长R. Brendel、R. Peibst及J. Scht为了定量比较不同材料的电学性能，将钝化性能参数（J0）和接触性能参数（ρc）结合在一起，定义了材料载流子选择性（Selectivity）的概念，用S10表示[4]。其中，S10=log[Vth/( J0•ρc)]，Vth为25 °C时的热电压。不同的载流子选择性材料与硅基底结合构成载流子选择性电池，材料的载流子选择性决定电池极限效率的上限。R. Brendel、R. Peibst及J. Scht在2019年Silicon PV的报告会上基于载流子选择性S10的概念从理论上对不同结构太阳能电池的理论效率极限做了细致的分析[5]，如图5所示。图5. 不同电子/空穴选择性接触材料组成电池的极限效率[5]图5为不同电子/空穴选择性材料结合组成的太阳能电池的极限效率计算，电子选择性材料SiOx/n+ Poly-Si与空穴选择性材料SiOx/p+ Poly-Si结合的电池的选择性可以达到13.8~14.2，高于电子选择性材料a-Si:H(i)/a-Si:H(n+)与空穴选择性材料a-Si:H(i)/a-Si:H(p+)结合的电池，即HIT，因而具有更加高的效率极限（28.2%~28.7%），高于HIT的27.5%极限效率，同时也远远高于PERC电池（24.5%），最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率（29.43%）[6]。2.钝化接触太阳能电池研究进展目前国内学术界研究钝化接触太阳能电池开展得不多。中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIM TE, CAS, China)制备的小面积(4 cm2)的钝化接触电池效率为22.15%，156×156 mm2尺寸的电池效率为21.37%。此外该研究所在理论模拟方面也做了相关工作，采用AFORS-HET软件模拟了氧化硅厚度、界面态密度以及poly-Si性质对钝化接触电池性能的影响。上海交通大学沈文忠教授团队制备的大面积(156.75×156.75 mm2)的钝化接触太阳能电池平均转换效率在20.7%以上，最高效率接近22%。国外研究钝化接触太阳能电池的研究所或高校主要有Fraunhofer-ISE（德国），ISFH（德国）, ANU（澳大利亚），SERIS（新加坡）和TU-Delft（荷兰），ECN（荷兰）。其中ISFH和TU-Delft主要研究POLO-IBC太阳能电池，即将钝化接触技术应用在IBC太阳能电池中。Fraunhofer-ISE目前保持N型单晶和多晶钝化接触电池世界纪录效率，命名为TOPCon电池，Feldmann等在2013年首次报道的电池就是双面TOPCon结构，电池具有703 mV的Voc和23.7%的效率；2014年，Feldmann等通过改善金属接触面积和降低接触损失，将电池的Voc提升至715.1 mV，取得24.4%的转换效率；2015年，Fraunhofer-ISE将电池背面TOPCon结构的J0降到7 fA/cm2，同时将电池效率提升至25.1%；2017年，Richter和Feldmann等探究不同硅片厚度及电阻率对TOPCon电池效率的影响，在4cm2大小，电阻率为1 Ω•cm，厚度为200 μm的FZ硅片上取得了25.8%的前结世界效率记录，具体电性能参数见表1。Fraunhofer-ISE也进行P型钝化接触电池的研究， P型钝化接触电池有前表面场 (FSF) 和没有FSF的效率分别为24.3%与23.9%。双面采用钝化接触结构的P型Si太阳能电池效率为19.2%。Fraunhofer-ISE的研究表明，钝化接触太阳能电池对硅片的电阻率和厚度相比其他技术的太阳能电池有更宽的容忍率[1]。该研究所制备的大面积（100 cm2）的钝化接触太阳能电池效率高达24.5%，Voc为713 mV。ISFH研究的钝化接触太阳能电池命名为POLO (Poly Si on Oxide)太阳能电池。该研究所对POLO太阳能电池的钝化机理，载流子输运机理以及表征做了非常深入的研究。该研究所的研究表明采用氧化硅作为钝化层+多晶硅作为载流子选择性接触材料，是能取得潜在最高效率的组合。2016年，ISFH制备的N型POLO-IBC太阳能电池效率达到24.25%，Voc为727.1 mV；2018年其制备的P型POLO IBC太阳能电池效率则高达26.1%，是目前P型太阳能电池的世界纪录效率[2]。但该电池不仅需采用光刻技术掩膜来分别实现硼原子和磷原子的注入，也需要精确控制激光开膜的能量来减少对poly钝化性能的损伤，制备流程复杂，不适合产业化。ANU也有研究n-Si基底和p-Si基底的钝化接触太阳能电池。该研究所目前N型钝化接触太阳能电池效率为24.7%，其余性能参数见表1。ANU首次采用磁控溅射制备p+ Poly，其p型钝化接触太阳能电池效率为23%，Voc超过700mV，表明磁控溅射也可以制备出性能优异的Poly-Si[7]。SERIS制备的大面积(244.3 cm2)双面N型钝化接触太阳能电池，称之为MonoPolyTM。2018年报道的电池效率为22.8%，J0, Poly < 3 fA/cm2,背面J0,metal(Poly) < 25 fA/cm2,双面率>85%；2019年Silicon PV上，SERIS报道了将大面积电池的效率提升至23.2%[8]。TU-Delft制备POLO-IBC电池效率超过22%，J0, p+ Poly=4.5 fA/cm2, J0,n+ Poly=11.5 fA/cm2。该电池基区与发射区之间的gap采用a-Si:H进行钝化，金属电极与BSF，Emitter之间也有一层a-Si:H[[9]。ECN称其N型钝化接触太阳能电池为PERPoly (Passivated Emitter and Rear Polysilicon)，面积达239 cm2， 2016年对外公布的效率为21.5%。表1. 不同研究所的钝化接触太阳能电池性能参数下表2归纳整理了这些研究所目前最佳性能的钝化接触太阳能电池的相关性能参数以及制备工艺。与大多数研究所不同，ISFH所制备的氧化硅层厚度超过2 nm，并且在后续工艺中采用1050℃的退火使氧化硅层破裂，形成孔洞(pinhole),从而实现界面钝化和载流子的输运。表2. 不同研究所的钝化接触太阳能电池钝化接触性能TOPCon工艺优化上一页123下一页投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）订阅北极星周刊，精彩内容不再错过！特别声明：北极星转载其他网站内容，出于传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创，转载需获授权。阅读下一篇15家HIT电池概念股票一览表Topcon查看更多>太阳能电池查看更多>光伏技术查看更多>爱康科技多个高级管理人员变更！2024年3月5日，爱康科技发布关于变更董事、监事及聘任高级管理人员的公告。公告显示，爱康科技监事会于2024年3月1日收到公司监事田野先生的书面辞职报告。田野先生因工作变动申请辞去公司监事职务。田野先生辞去上述职务并生效后，公司将聘任其为公司董事、高级副总裁。同时，同意提名苏雅亭先生为公司爱康科技太阳能电池光伏人事2024-03-05【技术趋势】N型渗透率加速提升下的现况与发展在光伏领域中，N型技术的快速崛起成为当前瞩目的焦点，随着N型光伏技术的不断优化，我们正迎来一个低碳排、高效能的时代。由于传统的P型光伏技术因在效率和制程上的限制而逐渐被淘汰，推动了业界转向更先进的技术，拥有更高效率的N型产品渗透率正急速提升中。其中，TOPCon技术的优势在于其能够更有效地TOPConN型光伏技术太阳能电池转换效率2024-03-05国家统计局：2023年太阳能电池产量增长54%2月29日，国家统计局发布《中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报》披露了多项电力数据，包括电力装机、能源消费等。数据显示，2023年，太阳能电池（光伏电池）产量5.4亿千瓦，增长54.0%；2023年，水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源发电量31906亿千瓦时，比上年增长7.8%。2023年末全国国家统计局太阳能电池光伏装机量2024-02-29重庆石柱县：重点发展光伏支架、光伏电池等光伏发电装备制造产业2月28日，石柱土家族自治县人民政府关于印发《石柱县工业园区产业发展规划（2023—2027年）》的通知，通知指出，抓绿色低碳发展机遇，围绕页岩气、氢能源、风力光伏发电等，发展新能源配套装备。重点发展叶片、机舱罩、齿轮箱、塔筒等风力发电装备；光伏支架、光伏电池、光伏板等光伏发电装备。原文如太阳能电池光伏支架重庆光伏市场2024-02-28棒杰江山N型高效电池及切片项目正式开工抢占开门红，追光启新程！2月25日，棒杰江山年产8GWN型高效电池片及16GW大尺寸光伏硅片切片项目厂房及配套设施建设工程正式开工。江山市委统战部常务副部长兼棒杰项目指挥部办公室主任吴松高，江山市经济开发区党工委副书记兼主任徐正贵，江山经济开发区建设投资集团有限公司董事长兼总经理吴小正、副棒杰股份棒杰新能源太阳能电池2024-02-26OPIS：全球太阳能电池价格持稳市场权衡涨价可行性日前，道琼斯旗下公司OPIS介绍了全球光伏行业的主要价格趋势。太阳能电池FOB中国价格保持不变，由于3月份交付订单的价格谈判仍在进行中，因此没有进行太多实际交易。单晶PERCM10和G12电池片价格持平于每瓦0.0482美元和每瓦0.0473美元，而TOPConM10电池片价格周环比持平于每瓦0.0584美元。据一位市场参太阳能电池价格太阳能电池全球光伏市场2024-02-26爱旭股份：拟投建济南一期年产10GW高效晶硅太阳能电池及组件项目2月25日，爱旭股份发布公告称，公司拟投资建设济南一期年产10GW高效晶硅太阳能电池及组件项目。该项目为公司于2023年4月与济南市政府签订的《爱旭太阳能高效电池组件项目战略合作协议》中的首期项目，预计总投资金额99.78亿元，计划建设并生产基于ABC技术的相关电池及组件，并以组件为终端产品对外出售爱旭股份ABC组件光伏企业2024-02-26迈向27%！正泰新能正式进入TOPCon 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来源：光伏技术发布时间：2021-11-04 08:19:09

1. TOPCon技术介绍

隧穿氧化层钝化接触太阳能电池(Tunnel Oxide Passivated Contact solar cell,TOPcon)是2013年在第28届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池，首先在电池背面制备一层 1～2nm 的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。

2. TOPCon 理论极限效率

不同电子/空穴选择性接触材料结合组成电池的极限效率28.7%，目前全面积电池最高转化效率达到25.4%;

3. 电池效率损失分析

3.1 光损失(叠层电池)

长波长的入射光子能量小于材料的禁带宽度，导致入射光直接穿过电池—低能量光子损失;

入射光能量远高于材料的禁带宽度，产生的高能电子-空穴对与晶格碰撞热弛豫损失掉—高能量光子损失;

3.2 复合损失(PERC/HJT/TOPCon)

电子和空穴穿越P-N结的复合损失;

电子和空穴在电极接触区的复合损失;

电子和空穴在衬底内/界面处复合损失;

4. 界面钝化目的4.1 制约传统晶体硅(c-Si)太阳能电池效率进一步提高的关键因素是在金属电极和硅之间的界面处载流子复合造成的损失，造成Jo负荷电流偏高。4.2 常规AL-BSF背电场全铝接触

常规AL-BSF(Aluminium Back SurfaceField)铝背场太阳能电池由于背面金属电极直接与Si接触，背面全金属复合，载流子复合严重，导致J0偏高，Voc难以超过685mv，目前最高效率20.3%，基本已被市场淘汰;4.3 PERC背钝化局部接触

采用PERC背钝化接触技术后，由于AL2O3/SiNx均为介质绝缘膜，为实现电学接触，需对介质膜进行局域开孔，由此造成载流子需通过二维输运才能被金属电极收集，造成横向电阻输运损耗，FF随着金属接触间距的增加而减少，同时金属与Si局域接触仍然在该区域存在较高的复合，即Jo，metal比较高,且Voc无法超过700mv。目前最高效率24.06%，根据ISFH测算，PERC电池的理论极限效率为24.5%;4.4 TOPCon 隧穿钝化接触

TOPCon 钝化接触电池的Poly-Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用，氧化硅通过化学钝化降低Si基底与Poly-Si之间的界面态密度，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电阻率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域，多子传输导致电阻损失，同时少量少子向金属接触区迁移导致复合损失，前者对应接触电阻pc，后者对应界面复合J0，目前J0低至2fA/cm2，pc低至3mΩ/cm2的n+Poly钝化接触，Voc高达733mv，电池Voc突破700mv，目前最高效率为25.4%，根据ISFH测算，TOPCon电池的理论极限效率为28.7%;

5. TOPCon电池结构

5.1 因其特殊的能带结构，超薄氧化层可允许多子隧穿而阻挡少子透过，在其上沉积一层金属作为电极就实现了无需开孔的钝化接触结构;

5.2 无需激光开孔，采用N型硅片无光致衰减，兼容中高温烧结;

5.3 主要提升的钝化是背面钝化，背面采用1-2nm的高质量SiOx层结合掺杂非晶硅进行高温晶化退火从而实现全区域的钝化接触，采用高质量的超薄氧化硅和掺杂多晶硅层，实现全背面的高效钝化和载流子选择性收集;6. TOPCon隧穿钝化原理

跟现有PERC相比，TOPCon的核心结构是超薄的二氧化硅层，利用量子隧穿效应，既能让电子顺利通过，又可以阻止空穴的复合。

7. TOPCon隧穿钝化效果7.1 全面积钝化表面使得无硅/金属接触界面，有利于提升开路电压Voc，而全面积地收集载流子，降低寿命敏感度，有利于提升填充因子FF;7.2 阻挡少子通过同时使多子无障碍的轻松通过，因此可以减少复合;7.3 结构中的钝化层可以抑制硅片表面的载流子复合，提高硅片的少子寿命和电池的开路电压，载流子选择收集钝化接触结构可以被应用到电池的全表面，而无需开孔形成局部钝化接触，这不仅简化了制造工艺同时载流子只需进行一维方向的输运而无需另外的横向传输，因而可以获得更高的填充因子;8. TOPCon 电池与无氧化硅钝化电池 I-V 对比

上图电池Ref(a)( b)是无氧化硅钝化的电池，其中电池b比电池a增加了背表面重掺杂的n + -poly-Si层，而TOPCon具有氧化硅双面钝化功能，使得Voc，Jsc，FF和Eff均为最高，分别达到729.8mV，39.98mA/cm2、0.86和24.98%。TOPCon电池与具有背场功能的Ref( b)电池相比，Jsc只增加了0.89mA/cm2 ，增幅为2.3%，而Voc增加了73.4mV，增幅达到了 11.2%，这说明氧化硅对晶体硅前后表面的钝化可以大幅减少载流子在电池前后表面的复合，增加电池的开路电压，从而提升电池的效率。9. 不同SiOx厚度对 TOPCon 电池 Voc、Jsc、FF、Eff 的影响

氧化硅厚度对TOPCon电池性能的影响，随着厚度的增加，Voc快速增加，然后基本保持不变，当氧化硅厚度为1.2nm时，Voc达到最大值738.1mV，另外3个电池参数Jsc，FF和Eff 随氧化硅厚度的变化趋势基本一致，随厚度递增先缓慢增大然后迅速减小,当氧化硅厚度为1.2nm时，Jsc和Eff分别达到最大值42.02mA/cm2和26.8%，说明TOPCon电池中,氧化硅的厚度存在一个最佳值(1.2nm).当氧化硅厚度大于1.2nm时，电池的效率开始急剧下降。

10. 不同 SiO x 厚度下 TOPCon 电池的能带及电子和空穴浓度

当不存在SiOx时，其电子准费米能级(EnF)在SiOx与n-c-Si界面之间出现了轻微的不连续，这种不连续几乎很难对多数载流子(电子)造成影响。但是当插入SiOx薄层时，p + -poly-Si/n-c-Si 界面出现了很明显的电子准费米能级的不连续性。在开路的条件下，载流子的净复合率等于净产生率.氧化物的插入会阻止 n-c-Si 中的多子流向前表面与空穴复合，这在一定程度上降低了 n-c-Si 与 p + -poly-Si 和前电极的复合.另外，n-c-Si 中的电子浓度大于空穴，在高复合区域存在较少的电子浓度.正是因为存在电子准费米能级的不连续性才导致了在SiO x 与n-c-Si 之间复合速率的降低。在 n-c-Si 中的电子和空穴浓度基本是接近的，但还是电子浓度大于空穴浓度，表明电子尽管在前界面处不易隧穿 SiO x ，但是后界面处容易隧穿.同时，空穴没有形成准费米能级的不连续性，前表面的空穴容易隧穿，而后表面对空穴则形成一定的阻碍，这都表明钝化效果体现在载流子的输运上，也就是钝化界面态作用。11. 氧化硅介孔密度(Dph)对 TOPCon电池 Voc、Jsc和Eff的影响

氧化硅的介孔密度(Dph)表征氧化硅中的缺陷密度，载流子在分布有介孔密度的氧化硅体内的隧穿，本质上是载流子在二维空间上的输运，但是在氧化硅为几个nm 的厚度情况下，可以把这种载流子二维输运近似为一维输运来处理，当 Dph低于 10-6时，最高的Voc可达到约740mV，如图 5 所示，这表明低的介孔密度对 Voc几乎没有影响，当Dph介于10-6～10-4时，对Voc影响也可以忽略不计的。Dph对TOPCon电池Jsc的影响，Dph从10-12增大到10-6的过程中，当氧化硅厚度为0.6nm时，Jsc保持为40.0mA/cm2几乎没有变化，然而，当氧化硅厚度为1.2nm时，Jsc从46.2mA/cm2 显著降低到38.8mA/cm2，这已经低于没有氧化硅钝化时器件的 Jsc。这表明氧化硅的厚度越大，介孔密度对短路电流的影响越大，氧化硅的介孔密度越大，器件的钝化效果越差，器件的漏电流增大，当介孔密度大于10-2时，介孔密度对短路电流的影响已经与氧化硅厚度无关。12. 氧化硅中的隧穿电流和针孔导致的局部复合电流的模型针孔导致多晶硅与晶体硅直接接触形成高复合电流(Jrec)，另外电子从多晶硅直接隧穿通过氧化硅形成隧穿电流(Jtun).

13. 多晶硅掺杂浓度对TOPCon电池的 Voc和 Eff的影响

对于传统的 p-n 结 c-Si 太阳能电池，发射层的掺杂浓度越高，耗尽区的内建电场越大，减少了光生载流子在 c-Si 界面的积累，从p-n结的另一侧注入的少数载流子的数目仅仅是处于热平衡的少数载流子的数目.降低少数载流子浓度可以减少复合，而提高掺杂浓度可以使少数载流子浓度最小化.然而，高掺杂会导致载流子扩散长度的减少，从而增加载流子复合。因此，在传统的p-n结c-Si太阳电池中，存在一个最佳的发射层掺杂浓度.由于TOPCon太阳电池中p+或n+多晶硅层的厚度只有30nm，因此不会出现没有高掺杂浓度导致扩散长度减小的现象.此外，p+或n+多晶硅层中的高掺杂会增加电子或空穴在氧化硅中的隧穿概率.因此，多晶硅层的掺杂浓度越高，TOPCon 太阳能电池的开路电压和效率就越高.14. 具有局部针孔的n+型多硅/硅结的简图

当氧化硅厚度<2nm时，主要以载流子隧穿进行传输;当氧化硅厚度>2nm时，载流子主要通过氧化硅层中的针孔(pinhole)进行传输，pinhole密度高虽然对传输有利，但对钝化不利，载流子传输会受限;

责任编辑：大禹

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当前晶硅电池（PERC、TOPCon、HJT、N-IBC、P-IBC）技术及工艺流程 1、P型电池：PERC占据主流，接近转化效率极限晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池。两种... - 雪球首页行情行情中心筛选器新股上市买什么交易A股交易基金交易私募中心下载App扫一扫，下载登录/注册光伏ETF_()发布于2022-08-04 14:35来自雪球关注一文读懂当前晶硅电池（PERC、TOPCon、HJT、N-IBC、P-IBC）技术及工艺流程来源：雪球App，作者：光伏ETF_，（https://xueqiu.com/9884300041/227190357）1、P型电池：PERC占据主流，接近转化效率极限晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池。两种电池发电原理无本质差异，都是依据PN结进行光生载流子分离。在P型半导体材料上扩散磷元素，形成n+/p型结构的太阳电池即为P型电池片；在N型半导体材料上注入硼元素，形成p+/n 型结构的太阳电池即为N型电池片。P型电池制作工艺相对简单，成本较低，主要是BSF电池和PERC电池。2015年之前，BSF电池占据90%市场；2016年之后，PERC电池接棒起跑，到2020年，PERC电池在全球市场中的占比已经超过85%，且目前以双面PERC为主。PERC（Passivated Emitter Rear Cell）——发射极及背面钝化电池技术，与常规电池不同之处在于背面，PERC电池采用了钝化膜来钝化背面，取代了传统的全铝背场，增强光线在硅基的内背反射，降低了背面的复合速率，从而使电池的效率提升0.5%-1%。2020年，规模化生产的单/多晶电池平均转换效率分别达到22.7%和19.4%。P型单晶电池均已采用PERC技术，平均转换效率同比提升 0.5个百分点。由于P型单晶硅PERC电池理论转换效率极限为24.5%，导致P型PERC单晶电池效率很难再有大幅度的提升；并且未能彻底解决以P型硅片为基底的电池所产生的光衰现象，这些因素使得P型硅电池很难有进一步的发展。与传统的P型单晶电池和P型多晶电池相比，N型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命更长等优点。双面P-PERC电池结构注释：1、Front metal grid（Ag）：前表面金属银电极2、Front ARC and passivating coating（SiNx）：前表面氮化硅钝化层3、n+（phosphorous）emitter：磷层发射极，称为n+层4、p-type Si：P型基底硅层5、p++local Al BSF：局部铝背场，称为p++层6、Rear metal grid（Al）：金属铝背电极7、Rear ARC and passivating coating（Al2O3/SiNx）：背钝化层，Al2O3带负电，可作为P型的背钝化层，抑制电子单双面P-PERC电池工艺生产流程2、N型电池①：TOPCon，技术过渡最优选择TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）——氧化层钝化接触。正面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触。电池背面由一层超薄氧化硅（1~2nm）与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成，二者共同形成钝化接触结构。钝化性能通过退火过程进行激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。在850°C的退火温度下退火，iVoc>710mV,J0在9-13fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。该结构可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流。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，超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲，从而形成场钝化效果，电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池转化效率。N-TOPCon电池结构两种工艺生产流程3、N型电池②：HJT（异质结），降本利器HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin-film）——本征薄膜异质结电池。具备对称双面电池结构，中间为N型晶体硅。正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜，从而形成P-N结。背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，以形成背表面场。鉴于非晶硅的导电性比较差，因此在电池两侧沉积透明导电薄膜（TCO）进行导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极。主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。目前量产效率普遍已在24%以上；25%以上的技术路线已经非常明确，即在前后表面使用掺杂纳米晶硅、掺杂微晶硅、掺杂微晶氧化硅、掺杂微晶碳化硅取代现有的掺杂；HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。由于HJT电池衬底通常为N型单晶硅，而N型单晶硅为磷掺杂，不存在P型晶硅中的硼氧复合、硼铁复合等，所以HJT电池对于LID效应是免疫的。HJT电池的表面沉积有TCO薄膜，无绝缘层，因此无表面层带电的机会，从结构上避免PID 发生。HJT电池首年衰减1-2%，此后每年衰减0.25%，远低于PERC电池掺镓片的衰减情况(首年衰减2%，此后每年衰减0.45%)，也因此HJT电池全生命周期每W发电量高出双面PERC电池约1.9%-2.9%。N-HJT电池结构及工艺流程N-HJT工艺生产流程4、N型电池③：IBC，潜力无限IBC（Interdigitated Back Contact）——交叉指式背接触电池技术。将P/N结、基底与发射区的接触电极以交指形状做在电池背面。核心技术：如何在电池背面制备出质量较好、成叉指状间隔排列的p区和n区。通过在电池背面印刷一层含硼的叉指状扩散掩膜层，掩膜层上的硼经扩散后进入N型衬底形成p+区，而未印刷掩膜层的区域，经磷扩散后形成n+区。前表面制备金字塔状绒面来增强光的吸收，同时在前表面形成前表面场（FSF）。使用离子注入技术可获得均匀性好、结深精确可控的p区和n区，电池正面无栅线遮挡，可消除金属电极的遮光电流损失，实现入射光子的最大利用化，较常规太阳电池短路电流可提高7%左右；由于背接触结构，不必考虑栅线遮挡问题，可适当加宽栅线比例，从而降低串联电阻且有高的填充因子；可对表面钝化及表面陷光结构进行最优化的设计，可得到较低的前表面复合速率和表面反射，从而提高Voc和Jsc；外形美观，尤其适用于光伏建筑一体化；但IBC电池成本较高尚未产业化，IBC电池制程工艺复杂，多次使用掩膜、光刻等半导体技术，成本几乎为常规电池的两倍。N-IBC电池结构注释：1、SiNx Coating：氮化硅反层2、N+FSF：N+前表面场3、n-Cz Wafer：N型基底硅片4、P+emitter：P+发射极5、N++BSF：N+背场6、Al2O3 passivation layer：氧化铝钝化层7、SiNx Coating：氮化硅减反层8、Ag Grid：银电极N-IBC工艺生产流程5、P型IBC（隆基有望主推，目前暂定位分布式）P-IBC技术，是在隆基出来后大家才开始比较关注，隆基的P-IBC技术为HPBC，以P型硅片为基底。其实早在16-17年TNO宣传P型IBC结构。P-IBC加了个LPCVD其他的与PERC兼容，激光有点差别，90%兼容。P-IBC背结结构，效率有优势，目前还是偏向于单面，双面率不到50%，定位成分布式产品。P-IBC有机会成本与PERC接近，效率做上去就是24.5%-25%，实现1-3分人民币/W成本差距。两种P-IBC电池结构工艺流程①：刻蚀掩膜工艺流程②：全激光其他企业P-IBC进展：江苏日托于2021年3月申请的专利《一种P型IBC电池的制备方法》，采用P 型硅片作为衬底，正背面均无需硼掺杂，且不需要掩膜和光刻，工艺步骤简单，将传统 IBC复杂的过程（18步）简化为12步，生产成本明显降低。S01：对P型单晶硅基底进行化学清洗和碱抛光，去除硅基底表面的机械损伤层和污染物，且使硅基底正背表面形貌较为平坦。 S02双面沉积氧化硅和非晶硅膜层：抛光后的基底正背面沉积氧化硅层和非晶硅层。 S03背面P扩散、退火：对背面非晶硅层进行磷掺杂处理，后高温退火处理，非晶硅转化为多晶硅。 S04背面激光刻蚀：利用纳秒级或皮秒激光对背面进行图案化处理。 S05去除正侧面PSG：在S02和S03过程中，同时会在基底正面以及侧面形成磷硅玻璃层，即PSG，采用HF酸去除；S06碱制绒：利用KOH溶液使基底正面和背面局部区域构造为金字塔绒面结构。S07双面沉积AlOx膜层：以原子层沉积方式在基底正背面沉积一层致密的氧化铝薄膜。S08背面沉积减反射膜层：以PECVD的方式在基底背面沉积氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种叠层膜。 S09正面沉积减反射膜层：以PECVD的方式在基底正面沉积氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种叠层膜。S10背面激光开膜：利用纳秒级或皮秒级激光对背面减反射层和钝化膜叠层进行开膜处理 S11丝网印刷正负电极：N区印刷负电极Ag浆，P区印刷正电极Al浆。S12烧结：正电极Al浆和负电极Ag浆共烧结，形成良好的欧姆接触。这种方法的变化在于（1）利用P型单晶硅衬底作为P区，正背面均无需硼掺杂，且无需掩膜和光刻，工艺步骤简单；（2）P区正电极采用Al浆，Ag浆使用量降低50%，且采用P 型单晶硅作为基底，明显降低了生产成本。激光设备在此方法下得到比较好的应用。设备环节省去了比较昂贵离子注入和光刻掩膜设备，金属化环节采用高温银浆与铝浆，金属化成本同步降低，增加设备仅为激光设备与部分清洗设备，初步估计改良后P 型IBC设备与PERC/TOPcon设备成本较为接近，龙头企业规模化采购，降低投资成本，预计单GW投资额约在1.9-2.1亿元。来源：口袋光伏#国家电网年内总投资将破万亿，特高压板块掀涨停潮# #今天七夕！分享你最喜欢的那只基金# $中来股份(SZ300393)$ $捷佳伟创(SZ300724)$ $奥特维(SH688516)$ 风险提示：过往业绩不代表其未来表现。基金投资需谨慎，详情请参阅相关法律文件。如需购买相关基金产品，请您关注投资者适当性管理相关规定，提前做好风险测评，并根据您自身的风险承受能力购买与之相匹配的风险等级的基金产品。

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什么是TOPCon电池？TOPCon光伏电池有哪些优势？

2022-10-27 16:41

来源：

OFweek太阳能光伏网

TOPCON的全称是Tunnel Oxide Passivating Contacts，翻译为隧穿氧化层钝化接触，是在2013年提出的一种N型硅片电池技术。TOPCon电池即隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，旨在通过解决电池载流子选择钝化接触问题来提高太阳能电池效率。TOPCON电池前表面与常规N型太阳能电池结构相同，主要区别在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合。由于超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲，从而形成场钝化效果，电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降，最终提升转换效率。TOPCon电池的优势1、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。2、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。3、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。

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美能光伏科普 | Topcon电池的技术解析

2022-12-30 17:08

来源:

美能光伏

发布于：江苏省

原标题：美能光伏科普 | Topcon电池的技术解析

Topcon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 Passivated Contact)太阳能电池技术，其电池结构为N型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，为N-PERT电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。在本节中，本期「美能光伏」将给你介绍这种高科技的光伏电池设计。

工作原理

Topcon技术与n-PERT双面电池产线相兼容，可以通过对n-PERT双面电池产线简单的改造实现N型单晶双面Topcon电池的规模化生产。隧穿氧化层可通过热氧法得到，降低氧气分压后，氧化速率缓慢，可得到厚度和均匀性可控的氧化硅膜层。poly层可通过高温下硅烷的热分解实现。

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，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。

Topcon正面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触，硅片背面由一层超薄氧化硅(1~2nm)与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成。钝化性能通过退火过程进行激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。在850°C的退火温度下退火，iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能，所制备的电池效率超过23%。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8%)由Fraunhofer-ISE研究所保持。

制作原理

LPCVD设备可一站式完成隧穿氧化层和poly层的制备。热氧和淀积poly层两个工艺二合一能够大幅提高产能，降低设备成本，相对于其他设备有较大优势。热氧工艺完成后在低压状态下进行淀积poly层，除节约时间外，更重要的是能够对超薄氧化硅层起到保护作用，一方面使氧化层不会在出舟过程中被进一步氧化，失去隧穿效应;另一方面氧化层也不会在空气中被污染。

Poly层中掺杂磷有两种方式，分别是原位掺杂和非原位掺杂。原位掺杂是在淀积poly过程中直接掺杂。非原位掺杂是淀积poly层完成后，再进行掺杂。可选用两种方式，一是离子注入加退火，二是磷扩散。离子注入工艺单面性较好，但是设备昂贵，产能低，大规模量产设备成本较高。磷扩工艺单面性稍差，但可以通过工艺设计可以解决这个问题，并且磷扩散设备在光伏市场上已经十分成熟，价格较低，工艺也非常稳定。综合考虑，在TOPCon电池量产中，LPCVD完成隧穿氧化层和Poly层的制备，再进行磷扩散是性价比最优选择。

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Topcon太阳能电池的技术我们今天就分享到这里，这项技术商业应用已经比较成熟了。如果有什么问题，可以联系「美能光伏」和我们一起探讨。返回搜狐，查看更多

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