N型TOPCon电池技术

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。

文案来源： 顺风光电

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