行業(yè)轉(zhuǎn)型，PERC電池到TOPCon電池，道易且近
TOPCon電池技術(shù)，是2014年由德國Fraunhofer太陽能研究所提出的一種新型鈍化接觸太陽能電池。
德國Fraunhofer研究中心在電池背面利用化學(xué)方法制備一層超薄氧化硅(～1.5nm)，然后再沉積一層摻雜多晶硅，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)被稱為隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)技術(shù)。
圖1?TOPCon電池結(jié)構(gòu)圖
圖2 PERC電池結(jié)構(gòu)圖
圖3?TOPCon電池膜層示意圖
圖4 PERC電池膜層示意圖
從電池結(jié)構(gòu)正面看，PERC電池從外及里，依次為SiNx膜、N型發(fā)射極（n+）、P型硅片基底；對比，TOPCon電池由外到里，依次為SiNx膜、Al2O3膜、P型發(fā)射極（p+）、N型硅片基底。
區(qū)別在于新增Al2O3膜，以及改成P+發(fā)射極、N型硅片基底。
從電池結(jié)構(gòu)背面看，PERC電池由外及里，依次為SiNx膜、Al2O3膜；對比，TOPCon電池由外至里，依次為SiNx膜、N型多晶硅薄膜、SiO2膜。
區(qū)別在于，去除Al2O3膜、新增N型多晶硅薄膜、SiO2膜。
各膜層的作用：
1.正面SiNx薄膜（約75nm）：由于SiNX富含氫原子，可以在熱處理過程中對表面和體內(nèi)的缺陷進(jìn)行化學(xué)鈍化，從而降低表面電子的復(fù)合。同時由于SiNx的光學(xué)特性，還可以實現(xiàn)電池正面和背面減反效果；
2.背面SiNx薄膜：為了避免后續(xù)金屬化燒結(jié)過程漿料對膜層的破壞，SiNx依靠其化學(xué)穩(wěn)定性，主要用于背部膜層的保護(hù)；同時實現(xiàn)減反效果；
3.Al2O3（≤5nm）由于具備較高的負(fù)電荷密度，可以對P型半導(dǎo)體如PERC電池背面和TOPCon電池的正面提供良好的場效應(yīng)鈍化，即在近表面處增加一層具有高度穩(wěn)定電荷的介質(zhì)膜在表面附近造一個梯度電場，減少表面電子濃度從而降低表面電子空穴的復(fù)合速率。
4.超薄隧穿層SiO2（<2.0nm）及N型多晶硅薄膜（100~200nm）：兩者共同形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)作為電池背面鈍化層，高摻雜的多晶硅（Poly-Si）層與N型硅基體之間功函數(shù)差異引起的界面處能帶彎曲，使電子隧穿后有足夠的能級可以占據(jù)，更易于隧穿；
而空穴占據(jù)的價帶邊緣處于Poly-Si的禁帶，不易隧穿，因此超薄氧化層可允許多子電子隧穿而阻擋少子空穴透過，從而使電子和空穴分離，減少了復(fù)合，在其上沉積一層金屬作為電極就實現(xiàn)了無需開孔的鈍化接觸結(jié)構(gòu)。
圖5?TOPCon電池隧穿層能阻擋空穴通過，而允許電子通過
因此，TOPCon太陽電池的主要優(yōu)點包括：
（4）可兼容現(xiàn)有產(chǎn)線工藝，適用于企業(yè)化生產(chǎn)。
TOPCon優(yōu)勢明顯：電池效率高、溫度系數(shù)低、光衰減小等
N型TOPCon雙面電池效率可達(dá)到28.7%，提供了廣闊發(fā)展空間。
根據(jù)ISFH計算，PERC電池理論效率為24.5%，P型TOPCon電池理論效率為24.9%；P型晶硅電池轉(zhuǎn)為N型晶硅電池，電池效率有明顯提升。
其中，N型單面TOPCon電池理論效率為27.1%，HJT電池理論效率為28.5%，N型雙面TOPCon電池理論效率則達(dá)到28.7%。
圖6?根據(jù)ISFH計算，店面TOPCon電池理論極限效率為27.1%
實驗室效率方面，晶科182N型TOPCon實現(xiàn)26.4%轉(zhuǎn)換效率；而天合光能210N型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.5%；此外，隆基實現(xiàn)P型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.19%；而國外實驗室FrauhoferISE在面積僅4cm2的電池片上實現(xiàn)電池轉(zhuǎn)換效率25.8%。
量產(chǎn)效率方面，規(guī)模投產(chǎn)企業(yè)量產(chǎn)效率已達(dá)到25%。根據(jù)各公司公告，一道新能浙江衢州約6GWTOPCon產(chǎn)能，量產(chǎn)效率突破25.2%；晶科浙江海寧8GW、合肥一期8GW產(chǎn)線，電池量產(chǎn)效率達(dá)到25%以上；中來股份山西太原一期4GW項目投產(chǎn)，電池量產(chǎn)效率可達(dá)到24.8%；
圖7?目前，TOPCon實驗室最高轉(zhuǎn)化效率已達(dá)到26.40%
高效率之外，TOPCon電池相比于PERC電池，具有雙面率高、衰減低、溫度系數(shù)低、弱光效應(yīng)好等優(yōu)勢。
根據(jù)晶科能源產(chǎn)品手冊，P型電池雙面率僅70%，而N型電池雙面率能達(dá)到85%。
N型高雙面率能帶來發(fā)電增益約2.03%；N型組件功率質(zhì)保可達(dá)30年，首年衰減小于1%，保證30年后輸出功率不低于原始輸出功率的87.40%。
而P型電池30年輸出功率不低于原始輸出功率的84.8%，兩者差距2.6pct；電池發(fā)電量受溫度系數(shù)影響，溫度系數(shù)越高，發(fā)電量越低。
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，相同環(huán)境下，N型電池的溫度更低，意味著光的轉(zhuǎn)換效率更高、發(fā)電量損失更低。
N型電池弱光效應(yīng)更好，因為N型電池，更高的內(nèi)阻，更長的少子壽命，天然具有更優(yōu)的弱光響應(yīng)，即相比于PERC電池，N型電池在弱光環(huán)境下即可開始實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，早晚發(fā)電市場延長1小時左右。
圖8?晶科N型TOPCon組件雙面率達(dá)85%
圖9?30年，N型TOPCon組件效率不低于出廠效率87.4%
從產(chǎn)能投資角度看，因結(jié)構(gòu)相似，TOPCon電池工藝路線與PERC電池有很高的兼容性，大部分工序相同、產(chǎn)線可實現(xiàn)升級轉(zhuǎn)換。
主要區(qū)別集中在：PN結(jié)處的磷擴(kuò)散改為硼擴(kuò)散、SiO2薄膜及多晶硅薄膜的制備。
從工藝路線看，PERCSE電池工藝步驟共9步，TOPCon電池工藝步驟共11步，新增的步驟集中在SiO2薄膜及多晶硅薄膜的制備。
從投資額角度看，根據(jù)CPIA21年數(shù)據(jù)，PERC電池單GW投資額為1.94億元，TOPCon電池單GW投資額為2.2億元。
來源：中來股份，摩爾光伏，晶科能源，中國知網(wǎng)，拉普拉斯，華金證券研究所
原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：TOPCon優(yōu)勢明顯：電池效率高、溫度系數(shù)低、光衰減小
