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前言： 2013年，德国Fraunhofer-ISE研究所提出了Topcon的电池结构概念，相比HIT，Topcon才走了8个年头。前几年，Topcon一直没有发展起来，大致有以下几点原因： 前几年PERC处于持续的降本提效周期，PERC相比Topcon的性价比优势明显； Topcon加工工艺复杂，产线良率较低，包括饶镀等问题，导致生产成本过高； 缺少执行力强的龙头企业去推动，行业降本提效的路径不清晰。 目前来看，Topcon已经具备与PERC全方位PK的能力 效率端：Topcon目前的量产线效率在24-24.3%，拉开了与PERC的差距，且与HIT转化效率处于同一量级； 成本端：静态看，Topcon比PERC高0.08元/W，HIT比PERC高0.2-0.3元/W;动态看，Topcon可以基于现有PERC产线升级，有了规模效应，Topcon将有望进一步降低成本和提升性能；长期看，包括SMBB、纳米晶硅等技术都可适用Topcon； 龙头企业正积极推动Topcon，现阶段，Topcon降本与提效路径清晰。 Topcon的全称是TunnelOxide PassivatedContact，隧穿氧化层钝化接触。跟现有PERC相比，Topcon的核心结构是超薄的二氧化硅层，利用量子隧穿效应，既能让电子顺利通过，又可以阻止空穴的复合。Topcon与PERC在工艺与设备上兼容度在70%以上，存量电池片厂商无论是主观（存量产能不报废）还是客观（Topcon与HIT效率拉不开差距，成本端有优势，也有降本空间）上都愿意率先尝试Topcon。  典型的PERC电池加工工艺流程如下：  制绒：硅片经过热碱和双氧水表面清洗后，利用碱对单晶硅片的各向异性腐蚀，在硅片表面形成密集金字塔结构，可明显降低对太阳光的反射。 扩散：在清洗制绒处理后的硅片表面，通过磷扩散工艺在P型硅片上制成太阳能电池的核心结构P-N结，并在PSG层中沉积足够磷源作为激光掺杂源。 SE：利用激光的高温将PSG层中的磷和硅融化，使磷源向硅片扩散，形成重掺杂区，其他区域不变，从而得到选择性发射极结构。 热氧：通过管式热氧化，在硅片发射极生长氧化硅薄膜，修复SE后损失的氧化层，可以在碱抛中隔绝碱和硅反应，从而保护PN结。 去PSG：采用链式去PSG设备，正面扩散面PSG（磷硅玻璃层）用水膜保护，背面非扩散面的PSG用滚轮带HF溶液方式去除。 碱抛：用高浓度的碱溶液与非扩散面没有PSD的硅片发生反应，形成高反射率的抛光面，抛光完成后使用HF溶液去除扩散面PSG层。 退火：在一定高温条件下，通过氧气扩散工艺，在P型硅片上形成一定厚度的氧化硅膜,作为介质阻挡层同时起到表面钝化作用； PE二合一：在硅片背面沉积氧化铝，从而形成钝化层，并在氧化铝表面再生长一层氮化硅膜，以保护氧化铝不受烧结时铝背场和银电极穿透。 正面镀膜：运用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺，在电池表面沉积氮化硅，正面减反作用，提升光能吸收率,同时拥有较好的表面钝化效果 激光开槽：在一定激光功率下，将部分氧化铝与氮化硅薄膜层打穿露出硅基体，烧结后形成铝硅合金，载流子有效导出。 丝网印刷：把电极浆料印刷到太阳电池上，再通过烧结形成可焊接的电极，以便少子及空穴顺利导出。 光注入：通过高强度LED灯照射硅片表面，H通过光热高能推进硅基体，钝化B-O复合缺陷，达到抗光衰目的。 外观检测：通过高清相机对电池产品正背面拍照，利用软件分析进行颜色分类及外观检验和不合格品检出。 电性能检测：通过太阳光模拟器，模拟太阳光照射电池片，测试电池片电性能 EL检测：通过给电池外加电压，使低能级电子跃迁到高能级。高能级电子跃迁回低能级放出光子，有缺陷的位置发暗。通过相机和成像系统判断产品合格与不合格 包装：通过模拟太阳光照射，在标准条件下对电池片进行效率测试，按不同效率进行档位分类。 从制备流程看，Topcon相比PERC，核心是增加了B扩散设备、隧穿层+p-Poly层的制备，其余设备延续了PERC产线的基本配置，是基于PERC电池的升级。  头部企业不断刷新Topcon效率记录 光伏电池的提效方法从大类上看，主要是两个方向，一是光学性能提升，二是电学性能的改善，光学的效率提升主要是包括栅线变细、材料吸光特性改善等，电学性能改善的方法主要是钝化优化等等。 目前在Topcon提效上，头部的企业如隆基、晶科走在行业前列，今年SNEC前夕，隆基宣布Topcon的实验室转化效率达到了25.21%；晶科的实验室转化效率24.95%（近期晶科也公布了Topcon组件的转化效率23.53%）。   25-26%的量产效率可以期待，Topcon提效率路径清晰 晶科的提效路径主要是金属栅线宽度优化、金属复合提升、背面吸光优化、钝化优化、金属接触优化、硅片品质提升这几个方向。具体来看：  目前Topcon的实验室转化效率记录是25.8%（ISE），晶科将自身的Topcon电池效率与ISE的效率差异做了分析，结果显示：1）Voc：损失来自多方面，其中发射级的金属复合以及发射级（B扩散的均匀性）是Voc降低的主要原因；2）Jsc：正面栅线的遮挡是Jsc损失的主要原因，占比42%，因此未来超细栅线是优化方向。   此外，晶科发现，P-poly层的减薄可以增加电池红外波段的响应，如果把P-poly减至15nm，则效率提升0.05%左右。但增加的成本未知，核心还是性价比与效率之间的平衡。 隆基同样对理论效率差异做了归因分析，分析下来，效率损失主要集中于遮光、复合等方面。隆基的Topcon效率优化主要集中于栅线优化、陷光缺陷优化、高质量硅片、增透膜、SE等；在提效路径方面，隆基、晶科的方案大体相同，Topcon提效路径很清晰。  栅线优化，效率提升0.2%，栅线需要做到23um（高）/13um（宽度），最佳是栅线宽度是20um（目前常规的9BB线宽在36-38um）。  陷光缺陷优化。正面绒面结构优化，采用倒金字塔的形式，倒金字塔具有更低的反射率，叠加更低的反射率， 增加MgF2/Sio2增透膜，效率+0.3%。二氟化镁是一种折射率很低的材料，可以进一步强化减反效果。关于该增透膜方案，ISE实现25.8%的效率也有使用过，但成本目前尚不清楚，大规模生产的工艺实现的难度还有待观察。 更高质量的硅片，效率提升0.2%。N型电池相比P型电池对硅片的质量要求更高，要求更低的电阻率、更低的氧含量、更高的少子寿命。电阻率方面，阻值在1欧附近，效率会有极值；氧含量方面，Topcon对硅片氧含量更加敏感，核心就是Topcon是高温工艺（如B扩散），氧容易沉淀，形成氧环即同心圆，对效率影响明显；此外Topcon对N型硅片金属杂质、碳含量敏感，高温过程易诱发缺陷形成暗片，总之，温度更高就容易激活一些深能级的缺陷，高温会把一些难激活的缺陷激活出来，导致体内缺陷复合增加。 SE工艺添加，效率提升0.4%以上。目前来看SE是Topcon提效最为有效也最具备量产可行性的工艺优化方案。PERC用SE采用的ns绿光，由于B扩散表面浓度低，结较深，且B在BSG中溶解度大于硅，需要更大的能量才能向硅片扩散，但ns绿光能量过大会造成硅片损伤，因此合适的光源方案选择对Topcon的SE较为重要。 纳米晶硅的使用改善吸光损失。纳米晶硅不仅可以应用在HIT上，Topcon也可以使用纳米晶硅，目前这一块Topcon相关企业也在积极准备。 综上，我们可以看出，隆基、晶科都给出了Topcon效率优化的方案，SE、栅线优化、高质量硅片等等都是行业共识，Topcon的提效路径很清晰，未来1-2年，Topcon大概率可以从现阶段的24-24.3%提升至25-26%的量产转化效率。 Topcon现阶段更成熟、Hit需要进一步验证量产工艺的可靠性和成本性价比，预计Perc现有存量在300GW以上，其中可能有一半以上需要升级至Topcon，短期上量的规模更大，有了规模效应，Topcon将有望进一步降低成本和提升性能。 Topcon目前的良率还是比较低，目前在94%左右，还有很大的提升空间。Topcon良率偏低的原因是多方面的，一方面，加工工艺步骤较多，良率自然偏低；另一方面，高温工艺导致翘曲、碎片等问题较为突出，LP隧穿氧化的均匀性导致暗片、脏污的情况出现也降低了良率表现，此外还有隧穿氧化工艺过程中出现卡槽印等，这都导致了良率的下降，这些问题都会随着产业化加速逐步改善。 3）SMBB是平台型技术，并非HIT技术的专利，如果未来SMBB更加成熟，则也可以适用于Topcon降本。SMBB本质上还是减少银浆的耗量，12BB、16BB以上都可以理解为SMBB，SMBB的难点不在电池端，丝印环节的难度不大，难点在组件环节，更细的删线配合更细的焊带，串焊的难度增加了。 4）Topcon银浆耗量高，未来也有下降空间。目前Topcon的银浆耗量比PERC高20-30%（主要是PERC背面刷铝，有场效应钝化的作用，PERC电池背面不需要使用太多银浆），但随着SMBB的应用，银浆耗量也可以下降；另一方面，Topcon使用的浆料含银量也可以下降比较多（60-70%的含银量是可以期待的），相比HIT的银包铜方案，未来Topcon在银成本方面也不会显示出劣势。 5）备品备件、水、电、气、耗材也有下降空间。Topcon的水、电、气体、化学品等耗材成本目前还比PERC高，LP石英舟目前需要2个月换一次，石英管需要3-6个月更换，备件成本比PERC高一些，但这些都会随着工艺优化、产业化进度的加快逐步下降。 |
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来自： 子亦曰 > 《TC HPBC光伏电池》
