1 TOPCon电池是什么

德国Fraunhofer研究所的FrankFeldmann博士在2013年于28thEU-PVSEC首次提出TOPCon的电池概念。TOPCon电池(Thin Oxide Passivated Contact)，即隧穿氧化层钝化接触电池，该类电池属于钝化接触型电池。因为PERC电池金属电极依旧和硅衬底直接接触，金属和半导体的接触界面因为功函数失配导致能带弯曲，并产生大量的少子复合中心，对太阳电池的效率产生负面影响。所以，有学者提出电池设计方案中用薄膜将金属与硅衬底隔离的方案减少少子复合，在电池背面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。超薄氧化层能够让多子电子隧穿进入多晶硅层，还能够阻挡少子空穴复合，使得电子在多晶硅层横向传输被金属收集，很大程度的降低金属接触复合电流，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、电池的开路电压和短路电流。

2 TOPCon的典型结构的特征

1)正表面织构化;

2)正表面钝化膜采用AlOx/SiNx复合膜;

3)前表面电极可以采用5主栅、12主栅、无主栅;

4)背表面抛光;

5)背表面采用2nm的SiO2钝化膜;

6)SiO2钝化膜外侧沉积一层n+多晶硅;

7)多晶硅采用SiNx钝化;

8)背电极采用银栅线，主栅同正面。

3 TOPCon电池发展进程

2013年德国Frauhofer研究所提出TOPCon电池概念，背表面采用极薄的氧化层钝化，外侧使用掺杂多晶硅形成背场，然后背面全部采用金属与多晶硅全接触，正表面则仍使用常规的发射区及电极结构。

2013年德国ISFH研究所提出POLO结构，前、后表面全部使用超薄氧化层将掺杂层隔开，不仅将背面背场隔开，前表面发射区也被隔开。

2015年FraunhoferISE新一代TOPCon电池，电池效率达到25.1%。该电池采用钝化接触技术，正面采用选择性发射极，并采用AlOx/SiNx叠层膜对界面进行钝化。

2015年乔治亚理工引入了n+多晶硅隧穿氧化层钝化接触的制备及优化，在239cm²商业等级的n型CZ硅片上，用离子注入形成硼发射极并采用Al2O3钝化，前面印刷Ag/Al浆形成接触，电池效率达到21.2%。

2016年ECN提出PERPoly电池，其结构与TOPCon电池基本一致，背表面使用钝化膜和减反射膜，背表面电极使用栅线结构，可以达到双面受光发电效果。

2016年YuguoTao等研究者基于6英寸大硅片(239cm²)的CZ实现TOPCon电池效率21.2%。

2017年乔治亚理工通过对TOPCon电池进行电性能模拟研究，选择最佳厚度和电阻率的硅片，并优化减反膜，降

低反射率，减少光学损失，电池效率进一步提高到25.7%。

2017年ArminRichter等在p型FZ硅片上首次应用了TOPCon，电池效率达到24.2%。

2017年新加坡SERIS实验室提出MonoPoly电池的概念，从结构来看其无较大差别，只是一些细节的改变，如背表面抛光、正表面钝化膜采用AlOx/SiNx复合膜结构。

2018年晶科能源n型TOPCon电池采用LPCVD设备沉积多晶硅，其在大面积商用硅片衬底上制备的电池的最高效率达到24.19%。2019年MeryerBurgerPECVD制备多晶硅，TOPCon电池转换效率达到23.46%

2019年天合光能TOPCon电池的最高转换效率达到24.58%。

2020年12月中来光电TOPCon电池量产转换效率已达到24.5%

2021年1月晶科能源采用TOPCon技术，在高质量、低缺陷CZ单晶硅衬底上，采用了先进扩散与高度活化掺杂剂，电池片面积达到267.72cm2，电池的最高转换效率达24.9%。

4 TOPCon电池五种技术路线优缺点

(1)LPCVD：产量高，直接制备n型多晶硅层;但会产生绕镀，效率相对较低，石英件沉积严重，代表企业有Centrotherm、SEMCO、Tempress、拉普拉斯、捷佳伟创、北京科锐

(2)PECVD沉积速率高、原位掺杂、无绕镀，但爆膜问题、SiO2均匀度问题、对设备要求高，且对环境有污染;代表企业有梅耶博格、Centrotherm、捷佳伟创、金辰股份、北方微创、48所

(3)PVD：原位掺杂、无绕镀和冷壁，操作简单;但均匀性相对较差，退火温度相对较高;代表企业有新格拉斯、江苏杰太、北京科锐、普乐新能源

(4)PEALD：更好的隧穿氧化物性能，镀膜均匀度好;;代表企业有微导，艾华

(5)APCVD：系统简单，反应速度快;但均匀性较差，台阶覆盖能力差，用于厚介质淀积;代表企业有SCHMID。

来源：《【研报】电气设备行业TOPCon：PERC延续者精进不休-210322（19页）.pdf》

《电力设备及新能源行业光伏电池专题报告三：龙头推进TOPCon电池产业化或加速-20211216（20页）.pdf》

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