什么是TOPCon電池

TOPCON(Tunnel Oxide Passivating Contact）中文名為隧穿氧化層鈍化接觸，是一種發(fā)源于2013年的先進(jìn)N型硅片電池技術(shù)。TOPCon電池是以N型硅作為襯底的隧穿氧化物鈍化接觸太陽能電池。

中潤(rùn)光能182單晶TOPCon電池片

與PERC電池相比，TOPCon電池采用了具有優(yōu)異電荷傳輸特性的隧道氧化物（tunnel oxide）作為電池背面的電荷傳輸層，再沉積一層20nm左右的摻雜多晶硅薄層，形成背面鈍化接觸結(jié)構(gòu)，可有效降低表面復(fù)合和金屬接觸復(fù)合，提高開壓，提高能量轉(zhuǎn)化效率。

TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸的太陽能電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更為良好的鈍化效果。

TOPCon電池結(jié)構(gòu)為N型硅襯底電池，在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，有效降低表面復(fù)合和金屬接觸復(fù)合，為N-PERT電池轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升提供了更大的空間。

TOPCon電池最大程度保留和利用現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設(shè)備制程，只需增加硼擴(kuò)和薄膜沉積設(shè)備，無須背面開孔和對(duì)準(zhǔn)，極大的簡(jiǎn)化了電池生產(chǎn)工藝，量產(chǎn)化難度低。工藝設(shè)備產(chǎn)線兼容性高，可與PERC、N-PERT雙面電池的高溫制備工藝產(chǎn)線相兼容。TOPCon電池?fù)碛械退p、高雙面率、低溫度系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，在終端電站的發(fā)電增益效果明顯。

TOPCon電池的發(fā)展階段

TOPCon電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、產(chǎn)品布局期、商業(yè)推廣期、爆發(fā)期四個(gè)階段。

TOPCon電池的優(yōu)勢(shì)

從性能層面來說，TOPCon具備以下優(yōu)勢(shì)：

1、轉(zhuǎn)換效率高。得益于TOPCon電池獨(dú)特的鈍化接觸設(shè)計(jì)，其轉(zhuǎn)換效率極限高達(dá)28.7%，而目前TOPCon領(lǐng)先企業(yè)的電池量產(chǎn)效率已達(dá)到25.5%以上，相比主流PERC電池（目前量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率23.5%，理論極限24.5%）有顯著的提升。

2、高雙面率。TOPCon雙面電池單瓦發(fā)電量高出雙面PERC電池約3%以上。在同樣的地面電站應(yīng)用場(chǎng)景下,會(huì)產(chǎn)生更高的發(fā)電量增益。

3、低溫度系數(shù)。N型TOPCon組件的溫度系數(shù)低至-0.30%/℃，優(yōu)于P型組件的-0.35%/℃，在高溫環(huán)境下發(fā)電性能表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

4、低衰減。摻磷的N型晶體硅中硼含量極低，基本上無硼氧復(fù)合，衰減率具有優(yōu)勢(shì)。愛康TOPCon組件首年衰減為1%，線性年度衰減為0.4%，相比 PERC 組件首年 2%、線性0.45%有大幅提升，可帶來全生命周期單瓦組件發(fā)電量增益。

5、弱光表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。TOPCon電池同時(shí)兼顧對(duì)短波和長(zhǎng)度的響應(yīng)度，在早晚及陰天等弱光下發(fā)電能力表現(xiàn)依然優(yōu)異。

從經(jīng)濟(jì)層面來說，TOPCon具備以下優(yōu)勢(shì)：

1、與PERC電池制造工藝高度兼容，技術(shù)升級(jí)難度降低。TOPCon可在PERC工藝技術(shù)上進(jìn)行延伸，只需要新增硼發(fā)射極的制備、生長(zhǎng)隧穿氧化層、沉積多晶硅并對(duì)其進(jìn)行摻雜、擴(kuò)散后的清洗等四道工序，降低了技術(shù)升級(jí)的難度，加速了TOPCon技術(shù)的推廣。

2、產(chǎn)線平滑轉(zhuǎn)換，設(shè)備投資成本低。新建TOPCon新線設(shè)備投資需2.0-2.5億元，HJT新線為3.5-4.0億元。而TOPCon與存量PERC產(chǎn)線具有較好的設(shè)備兼容性，只需新增硼擴(kuò)散及多晶硅/非晶硅沉積的LPCVD / PECVD / PVD設(shè)備，設(shè)備投資額在0.5-0.7億元，避免了新設(shè)備的大規(guī)模投入和產(chǎn)線的大面積改造，因此經(jīng)濟(jì)性較高。

3、TOPCon產(chǎn)品有很大的溢價(jià)空間。TOPCon組件相較PERC組件具有更高的單瓦發(fā)電量、更高的發(fā)電增益和更低的系統(tǒng)成本，因此帶來了較大的溢價(jià)空間。

TOPCon電池工藝

相比于單晶PERC工序，TOPCon電池生產(chǎn)工序要多出2~3個(gè)步驟，分別是沉積隧穿氧化層（超薄SiO2，1~2nm）、沉積本征多晶硅鈍化層（60~100nm）、磷注入。

PERC和TOPCon常規(guī)工藝對(duì)比

TOPCon主要工序及作用

1. 清洗制絨

目的：硅片切割后其邊緣有損傷，硅的晶格結(jié)構(gòu)被破壞、表面復(fù)合嚴(yán)重，清洗制絨主要目的在于去除表面損傷并形成表面金字塔陷光結(jié)構(gòu)、光線照射在硅片表面通過多次折射，達(dá)到減少反射率的目的。

2. 硼擴(kuò)散工序

①目的：主要作用是制備 PN 結(jié)，由于硼在硅中的固溶度低，因此需要高溫和更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散。同時(shí)，擴(kuò)散源的選擇對(duì)生產(chǎn)過程也會(huì)有影響，氯化物腐蝕性較強(qiáng)，溴化物黏性大，清洗過程繁瑣、增加運(yùn)維費(fèi)用。

擴(kuò)散工藝示意圖

硼擴(kuò)散通常在較高的溫度下完成-超出1000℃，并且和磷擴(kuò)散所需的102min的循環(huán)周期相比，硼擴(kuò)散的循環(huán)時(shí)間為150min。

②原理

擴(kuò)散工藝化學(xué)反應(yīng)

在爐管內(nèi)反應(yīng)生成的氣態(tài)HCl和H2O會(huì)在N2的攜帶下在爐管內(nèi)均勻分布，H2O還會(huì)與BBr3和O2反應(yīng)生成B2O3反應(yīng)生成氣態(tài)的HBO2，HBO2在高溫下也會(huì)發(fā)生分解，生成B2O3，可以實(shí)現(xiàn)B2O3在太陽能電池片表面上的均勻分布；另一方面，H2O還會(huì)與爐管內(nèi)沉積的B2O3發(fā)生反應(yīng)，這樣即避免了B2O3在擴(kuò)散爐管壁的沉積，延長(zhǎng)了石英器件的使用壽命，同時(shí)增加有效的硼源；HCl還可以與太陽能電池片表面及爐管內(nèi)的金屬雜質(zhì)反應(yīng)，生成氣態(tài)的金屬氯化物，隨尾氣排出，可以避免金屬雜質(zhì)在高溫過程中擴(kuò)散入太陽能電池片內(nèi)部。

3. SE激光摻雜工序

①目的：形成選擇發(fā)射極，主要是在金屬柵線與硅片接觸部位及其附近進(jìn)行高濃度摻雜，減少前金屬電極與硅片的接觸電阻；而在電極以外的區(qū)域進(jìn)行低濃度摻雜，可以降低擴(kuò)散層的復(fù)合。通過對(duì)發(fā)射極的優(yōu)化，增加太陽能電池的輸出電流和電壓，從而增加光電轉(zhuǎn)化效率。

TOPCon+SE電池結(jié)構(gòu)

②激光在TOPCon流程的所在工序

PERC SE是摻磷，而TOPCon SE是摻硼，由于硼和磷的分離系數(shù)不同，磷更容易從二氧化硅向硅中擴(kuò)散，而硼更容易從硅從二氧化硅中擴(kuò)散，需要更大的能量才能推進(jìn)摻雜，而激光能量過大又易造成硅片損傷，因此將硼摻雜進(jìn)硅的難度更高。相比于傳統(tǒng)的硼擴(kuò)散，TOPCon電池疊加SE技術(shù)理論上可以實(shí)現(xiàn)效率提升0.5%，而在實(shí)際量產(chǎn)中可以實(shí)現(xiàn)效率提升0.2~0.4%。

4. 刻蝕工序

目的：刻蝕的主要作用為去除 BSG 和背結(jié)。擴(kuò)散過程會(huì)在硅片表面及周邊均形成擴(kuò)散層，周邊擴(kuò)散層容易形成短路，表面擴(kuò)散層影響后續(xù)鈍化，因此需要去除。目前刻蝕主要采用濕法，先在鏈?zhǔn)皆O(shè)備中去除背面與周邊擴(kuò)散層，之后處理正面。

5. 制備隧穿氧化層與多晶硅層

目的：背面沉積 1-2nm 隧穿氧化層，之后沉積 60-100nm 多晶硅層形成鈍化結(jié)構(gòu)。TOPCon 鈍化層制備方式較多，主要分為 LPCVD、PECVD、PVD 路線等，目前以 LPCVD 為主，但繞鍍嚴(yán)重，PECVD綜合性能具備較強(qiáng)潛力。

6. 制備背面減反射膜

目的：在電池背面制備減反射鈍化膜層增加對(duì)光的吸收，同時(shí)，在 SiNx 薄膜形成過程中產(chǎn)生的氫原子對(duì)硅片具有鈍化作用。

7. 正面鍍氧化鋁

目的：在硅片正面沉積一層氧化鋁膜層，與其他膜層共同形成正面鈍化作用。

8. 制備正面減反射膜

目的：正面減反膜與背面作用基本相同，此外，正面沉積的氧化鋁薄膜非常薄，容易在后續(xù)電池組件的制作中被破壞，正面 SiNx 對(duì)氧化鋁也具有保護(hù)作用。

9. 絲網(wǎng)印刷-激光轉(zhuǎn)印

目前在電池印刷環(huán)節(jié)，大多還是采用的是絲網(wǎng)印刷。未來在N型電池的銀漿耗量方向上，激光圖形轉(zhuǎn)印技術(shù)（Pattern Transfer Printing）可能更有優(yōu)勢(shì)。激光轉(zhuǎn)印是一種新型的非接觸式的印刷技術(shù)，該技術(shù)是在特定柔性透光材料上涂覆所需漿料，采用高功率激光束高速圖形化掃描，將漿料從柔性透光材料上轉(zhuǎn)移至電池表面，形成柵線，制備前后電極。

10. 燒結(jié)

通過高溫?zé)Y(jié)形成良好的歐姆接觸。

11. 自動(dòng)分選

對(duì)不同轉(zhuǎn)換效率的電池片進(jìn)行分檔。

TOPCon電池的企業(yè)布局

據(jù)光伏頭條（微信號(hào)：PV-2005）統(tǒng)計(jì)，2023年投擴(kuò)產(chǎn)的電池項(xiàng)目之中，TOPCon電池項(xiàng)目總計(jì)80個(gè)，合計(jì)容量787.2GW，占比達(dá)到41%；HJT電池項(xiàng)目51個(gè)，規(guī)模302.2GW，占比16%；以隆基綠能、愛旭為代表的BC電池項(xiàng)目6個(gè)，合計(jì)規(guī)模139.5GW，占比7%；鈣鈦礦電池項(xiàng)目13個(gè)，容量30.31GW，占比為1%。其余項(xiàng)目雖未明確技術(shù)路線，但多為N型技術(shù)。

來源：光伏頭條（微信號(hào)：PV-2005）

從簽約項(xiàng)目的技術(shù)類別來看，2023年，簽約的光伏電池項(xiàng)目，有38個(gè)TOPCon電池項(xiàng)目，合計(jì)規(guī)模431GW，占比為33%；27個(gè)HJT電池項(xiàng)目，合計(jì)容量179.2GW，占比為14%；采用BC技術(shù)的電池項(xiàng)目規(guī)模110.5GW，占比為9%；鈣鈦礦電池項(xiàng)目規(guī)?？傆?jì)21.31GW，占比為2%；其余項(xiàng)目則未明確技術(shù)路線。

來源：光伏頭條（微信號(hào)：PV-2005）

根據(jù)Infolink Consulting8月公布的數(shù)據(jù)，2024年上半年中潤(rùn)光能、捷泰科技、通威股份、愛旭股份與英發(fā)睿能五大電池片供應(yīng)商的總出貨量為77.96GW，其中，PERC電池片累計(jì)出貨約37.3GW；TOPCon電池片則加速超車，累計(jì)出貨約40.6GW，占總出貨量近52%。

1、中潤(rùn)光能

作為光伏行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)之一，中潤(rùn)光能一直致力于提供高效、可靠的光伏產(chǎn)品。除了深耕國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，公司還積極布局海外市場(chǎng)，率先同行在老撾設(shè)廠并實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)放量。

中潤(rùn)光能老撾基地圖片來源：中潤(rùn)光能

圖片來源：中潤(rùn)光能

2、捷泰科技

2024年上半年，捷泰科技電池產(chǎn)品出貨量累計(jì)19.21GW，N型出貨16.43GW，占比高達(dá)85.5%。公司憑借在TOPCon電池研發(fā)制造上的精耕細(xì)作和創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定出貨，成為全球光伏市場(chǎng)的領(lǐng)跑者。

圖片來源：捷泰科技

隨著國(guó)際市場(chǎng)對(duì)高效TOPCon電池需求的激增，捷泰科技不僅贏得了訂單的堅(jiān)實(shí)支撐，更實(shí)現(xiàn)了海外銷售占比從4.69%到11.62%的跨越式增長(zhǎng)，進(jìn)一步加速海外市場(chǎng)滲透。同時(shí)，公司近日正式官宣阿曼年產(chǎn)5GW高效電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目，彰顯了公司在全球舞臺(tái)上的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭。

3、通威股份

作為全球太陽能電池出貨量最大的企業(yè)，目前通威已形成太陽能電池95GW。

截至2023年底，通威生產(chǎn)的太陽能光伏電池全球累計(jì)出貨量突破200GW，意味著可生產(chǎn)清潔能源電力約2774億度電，能滿足16430.2萬戶城鄉(xiāng)家庭一年用電需求；減少二氧化碳排放量約1.82億噸，相當(dāng)于種植森林約997231公頃，植樹18.2億棵。

通威太陽能科技鹽城基地圖片來源：通威集團(tuán)

4、愛旭股份

3月18日，愛旭股份宣布與安徽省滁州市全椒縣人民政府簽署投資合作協(xié)議， 擬投資60億元在滁州建設(shè)一期15GW N型TOPCon高效晶硅太陽能電池項(xiàng)目。這標(biāo)志著愛旭電池業(yè)務(wù)將正式由PERC升級(jí)迭代為TOPCon，隨著下半年項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，公司將以高效率高品質(zhì)的TOPCon電池，滿足客戶對(duì)于N型電池產(chǎn)品的需求。

本次電池業(yè)務(wù)升級(jí)，是公司謀定而后動(dòng)的戰(zhàn)略舉措，通過投資滁州基地，以最快速度將更成熟的TOPCon電池技術(shù)推向市場(chǎng)，進(jìn)一步鞏固愛旭在電池業(yè)務(wù)上的領(lǐng)先地位。

TOPCon電池的未來發(fā)展趨勢(shì)

2023年，n型TOPCon電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.0%，異質(zhì)結(jié)電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.2%，兩者較2022年均有較大提升。

2023年，新投產(chǎn)的量產(chǎn)產(chǎn)線以n型電池片產(chǎn)線為主。隨著n型電池片產(chǎn)能陸續(xù)釋放，PERC電池片市場(chǎng)占比被壓縮至73.0%。n型電池片占比合計(jì)達(dá)到約26.5%，其中n型TOPCon電池片市場(chǎng)占比約23.0%，異質(zhì)結(jié)電池片市場(chǎng)占比約2.6%，XBC電池片市場(chǎng)占比約0.9%，相較2022年都有大幅提升。

2023-2030 年不同電池技術(shù)路線市場(chǎng)占比變化趨勢(shì)

來源：中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)

2024年，以TOPCon為代表的N型電池份額將全面超過P型PERC，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)份額將達(dá)到70%。

內(nèi)容資料參考來源：能課堂、中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)CPIA、中潤(rùn)光能、捷泰科技、通威股份、愛旭股份、愛康新能源、東亞前海證券、順風(fēng)光電等