TOPCon优势明显：电池效率高、温度系数低、光衰减小

行业转型，PERC电池到TOPCon电池，道易且近

TOPCon电池技术，是2014年由德国Fraunhofer太阳能研究所提出的一种新型钝化接触太阳能电池。

德国Fraunhofer研究中心在电池背面利用化学方法制备一层超薄氧化硅(～1.5nm)，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，这种技术被称为隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)技术。

图1 TOPCon电池结构图

图2 PERC电池结构图

图3 TOPCon电池膜层示意图

图4 PERC电池膜层示意图

从电池结构正面看，PERC电池从外及里，依次为SiNx膜、N型发射极（n+）、P型硅片基底；对比，TOPCon电池由外到里，依次为SiNx膜、Al₂O₃膜、P型发射极（p+）、N型硅片基底。

区别在于新增Al₂O₃膜，以及改成P+发射极、N型硅片基底。

从电池结构背面看，PERC电池由外及里，依次为SiNx膜、Al₂O₃膜；对比，TOPCon电池由外至里，依次为SiNx膜、N型多晶硅薄膜、SiO₂膜。

区别在于，去除Al₂O₃膜、新增N型多晶硅薄膜、SiO₂膜。

各膜层的作用：

1.正面SiNx薄膜（约75nm）：由于SiNX富含氢原子，可以在热处理过程中对表面和体内的缺陷进行化学钝化，从而降低表面电子的复合。同时由于SiNx的光学特性，还可以实现电池正面和背面减反效果；

2.背面SiNx薄膜：为了避免后续金属化烧结过程浆料对膜层的破坏，SiNx依靠其化学稳定性，主要用于背部膜层的保护；同时实现减反效果；

3.Al₂O₃（≤5nm）由于具备较高的负电荷密度，可以对P型半导体如PERC电池背面和TOPCon电池的正面提供良好的场效应钝化，即在近表面处增加一层具有高度稳定电荷的介质膜在表面附近造一个梯度电场，减少表面电子浓度从而降低表面电子空穴的复合速率。

4.超薄隧穿层SiO₂（<2.0nm）及N型多晶硅薄膜（100~200nm）：两者共同形成钝化接触结构作为电池背面钝化层，高掺杂的多晶硅（Poly-Si）层与N型硅基体之间功函数差异引起的界面处能带弯曲，使电子隧穿后有足够的能级可以占据，更易于隧穿；

而空穴占据的价带边缘处于Poly-Si的禁带，不易隧穿，因此超薄氧化层可允许多子电子隧穿而阻挡少子空穴透过，从而使电子和空穴分离，减少了复合，在其上沉积一层金属作为电极就实现了无需开孔的钝化接触结构。

图5 TOPCon电池隧穿层能阻挡空穴通过，而允许电子通过

因此，TOPCon太阳电池的主要优点包括：

（1）优良的界面钝化性能;

（2）全面积收集载流子有利于提高FF;

（3）结构简单无需光刻开孔;

（4）可兼容现有产线工艺，适用于企业化生产。

TOPCon优势明显：电池效率高、温度系数低、光衰减小等

N型TOPCon双面电池效率可达到28.7%，提供了广阔发展空间。

根据ISFH计算，PERC电池理论效率为24.5%，P型TOPCon电池理论效率为24.9%；P型晶硅电池转为N型晶硅电池，电池效率有明显提升。

其中，N型单面TOPCon电池理论效率为27.1%，HJT电池理论效率为28.5%，N型双面TOPCon电池理论效率则达到28.7%。

图6 根据ISFH计算，店面TOPCon电池理论极限效率为27.1%

实验室效率方面，晶科182N型TOPCon实现26.4%转换效率；而天合光能210N型TOPCon电池转换效率达25.5%；此外，隆基实现P型TOPCon电池转换效率达25.19%；而国外实验室FrauhoferISE在面积仅4cm2的电池片上实现电池转换效率25.8%。

量产效率方面，规模投产企业量产效率已达到25%。根据各公司公告，一道新能浙江衢州约6GWTOPCon产能，量产效率突破25.2%；晶科浙江海宁8GW、合肥一期8GW产线，电池量产效率达到25%以上；中来股份山西太原一期4GW项目投产，电池量产效率可达到24.8%；

图7 目前，TOPCon实验室最高转化效率已达到26.40%

高效率之外，TOPCon电池相比于PERC电池，具有双面率高、衰减低、温度系数低、弱光效应好等优势。

根据晶科能源产品手册，P型电池双面率仅70%，而N型电池双面率能达到85%。

N型高双面率能带来发电增益约2.03%；N型组件功率质保可达30年，首年衰减小于1%，保证30年后输出功率不低于原始输出功率的87.40%。

而P型电池30年输出功率不低于原始输出功率的84.8%，两者差距2.6pct；电池发电量受温度系数影响，温度系数越高，发电量越低。

根据实验数据，相同环境下，N型电池的温度更低，意味着光的转换效率更高、发电量损失更低。

N型电池弱光效应更好，因为N型电池，更高的内阻，更长的少子寿命，天然具有更优的弱光响应，即相比于PERC电池，N型电池在弱光环境下即可开始实现光电转换，早晚发电市场延长1小时左右。

图8 晶科N型TOPCon组件双面率达85%

图9 30年，N型TOPCon组件效率不低于出厂效率87.4%

图10 温度系数越高，功率损失越多

图11 N型组件实时工作温度较P型组件低

图12 N型组件弱光效应更好

从产能投资角度看，因结构相似，TOPCon电池工艺路线与PERC电池有很高的兼容性，大部分工序相同、产线可实现升级转换。

主要区别集中在：PN结处的磷扩散改为硼扩散、SiO2薄膜及多晶硅薄膜的制备。

从工艺路线看，PERCSE电池工艺步骤共9步，TOPCon电池工艺步骤共11步，新增的步骤集中在SiO2薄膜及多晶硅薄膜的制备。

从投资额角度看，根据CPIA21年数据，PERC电池单GW投资额为1.94亿元，TOPCon电池单GW投资额为2.2亿元。

图13 TOPCon工艺与PERC工艺兼容性较高

来源：中来股份，摩尔光伏，晶科能源，中国知网，拉普拉斯，华金证券研究所

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原文始发于微信公众号（光伏产业通）：TOPCon优势明显：电池效率高、温度系数低、光衰减小