N型高效電池技術路線之TOPCon

來源:賀利氏可再生能源    2020/7/10 11:37:32

TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸（Tunnel Oxide Passivated Contact）太陽能電池技術，其電池結構為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構，有效降低表面復合和金屬接觸復合，為N-PERT電池轉換效率進一步提升提供了更大的空間。

TOPCon電池概念

TOPCon電池的概念由德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer-ISE）于2013年提出，下圖為該N型鈍化接觸太陽能電池的結構示意圖。

圖1. 鈍化接觸太陽能電池結構示意圖

TOPCon正面與常規N型太陽能電池或N-PERT太陽能電池沒有本質區別，電池核心技術是背面鈍化接觸，硅片背面由一層超薄氧化硅（1~2nm）與一層磷摻雜的微晶非晶混合Si薄膜組成。鈍化性能通過退火過程進行激活，Si薄膜在該退火過程中結晶性發生變化，由微晶非晶混合相轉變為多晶。在850°C的退火溫度下退火，iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm2，顯示了鈍化接觸結構優異的鈍化性能，所制備的電池效率超過23%。目前N型前結鈍化接觸太陽能電池世界紀錄（25.8%）由Fraunhofer-ISE研究所保持。

TOPCon工藝流程

TOPCon電池最大程度保留和利用現有傳統P型電池設備制程，只需增加硼擴和薄膜沉積設備，無須背面開孔和對準，極大的簡化了電池生產工藝，量產化困難度低。

圖2. TOPCon工藝流程圖

目前用于生長高質量重摻雜多晶硅層的方法有LPCVD（低壓化學氣相沉積）和PECVD兩種。一種是用LPCVD原位（或離位）摻雜形成多晶硅，由于LPCVD沉積過程會帶來繞鍍問題，使電池性能退化，因此可選擇離位摻雜，即LPCVD形成本征多晶后再進行擴散或離子注入摻雜，形成重摻雜的多晶硅；另一種是使用PECVD沉積摻雜非晶硅或微晶硅層，再經過退火得到摻雜的多晶硅。

工業上常用的多晶硅層厚度約為160-200nm，為了節省成本和提高性能，電池制造商希望將多晶硅層厚度降低到100nm，甚至50nm。

TOPCon電池的優點

(1) 電池轉換效率高，具有優越的界面鈍化和載流子輸運能力，較高的Uoc和FF

數據來源：CPIA, 2020.4

表1 TOPCon電池轉換效率記錄情況

(1)光致衰減低，摻磷的N型晶體硅中硼含量極低，削弱了硼氧對的影響

(2) 工藝設備產線兼容性高，可與PERC、N-PERT雙面電池的高溫制備工藝產線相兼容

(3) N型TOPCon電池可與SE、IBC、多主柵、半片、疊片技術相結合，顯著提高電池效率及組件功率

TOPCon的降本之路

相比較于標準PERC工藝，TOPCon的成本相對較高，如果與PERC競爭性價比，則TOPCon效率至少要達到24.5%以上。

TOPCon后續優化降本方向：

(1) 降低n-poly層厚度，降低成本，減少自由載流子吸收

(2) 避免邊緣繞鍍，提升電池性能

(3) 設備成熟度及成本的降低

(4) 漿料性能突破，降低J0, metal

為進一步提升電池效率，光伏技術路線從P型向N型升級，啟動下一輪電池技術變革。TOPCon因其優異的高效性及兼容性，越來越受市場的關注，成為N型高效電池產業化的切入點。

http://guangfu.bjx.com.cn/news/20200710/1088087.shtml