光伏電池片行業(yè)深度報(bào)告N型電池片技術(shù)迭代拉開序幕

光伏電池片行業(yè)深度報(bào)告-N型電池片技術(shù)迭代拉開序幕1.引言隨著全球碳中和進(jìn)程不斷加速，疊加光伏發(fā)電成本持續(xù)下行，經(jīng)濟(jì)性不斷提升，光伏裝機(jī)需求高增長確定性較強(qiáng)。我們將對光伏全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全面及深入的研究，旨在基于長期看好光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的情況下，作出深入研究并為投資者提供參考。光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原料高純度多晶硅材料的生產(chǎn)，單晶硅和多晶硅的制造，硅片的生產(chǎn)；中游包括光伏電池片，光伏組件（玻璃、支架、膠膜等）以及逆變器環(huán)節(jié)；下游是光伏發(fā)電的應(yīng)用端包括光伏電站和分布式發(fā)電。本篇報(bào)告將聚焦于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)迭代速度最快的中游電池片環(huán)節(jié)，將PERC、TOPCon、HJT、IBC電池的原理、結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、工藝路線、轉(zhuǎn)換效率、成本構(gòu)成及各企業(yè)對各種類產(chǎn)能規(guī)劃進(jìn)行全面梳理。2.電池片簡介及發(fā)展趨勢2.1.定義：電池片是光伏發(fā)電核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏系統(tǒng)發(fā)電效率和使用壽命電池片是光伏發(fā)電的核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏組件的發(fā)電效率和使用壽命。光伏電池片位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游，是通過將單/多晶硅片加工處理得到的可以將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體薄片。從電池片的必要性來看，光伏發(fā)電的原理（詳細(xì)闡述見2.2章節(jié)）來自于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，通過光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差，是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量后形成電壓和電流的過程。上游環(huán)節(jié)生產(chǎn)出來的硅片無法導(dǎo)電，經(jīng)過加工處理得到的電池片決定了光伏組件的發(fā)電能力。從電池片的重要性來看，發(fā)電效率和使用壽命是光伏組件價值的核心參數(shù)：1）電池片的轉(zhuǎn)換效率是其受光照時的最大輸出功率和入射光功率的比值，是直接影響光伏組件乃至整個光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的核心因素。轉(zhuǎn)換效率更高的電池片有著更高的輸出功率，用其封裝形成的光伏組件的整體功率也會更高；2）電池片生產(chǎn)工藝的缺陷往往會導(dǎo)致單體電池片的內(nèi)阻不均勻從而極易產(chǎn)生熱斑現(xiàn)象，熱斑效應(yīng)是指單體電池片被小的物體遮蓋，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的電流變小，成為負(fù)載，輕則燒毀電池片，嚴(yán)重的會引起整片電池組件的燃燒，對組件使用壽命危害非常大。從這個維度來看，電池片的生產(chǎn)工藝水平直接影響光伏組件的使用壽命。電池片上游主要包括原材料硅片和核心輔材銀漿。從光伏電池片產(chǎn)業(yè)鏈上游來看，電池片主要原材料為硅片，主要輔材為銀漿、鋁漿和化學(xué)試劑，主要動力為電力。1）硅片：硅片是電池片主要原材料，在硅料價格持續(xù)上漲的背景下，硅片環(huán)節(jié)憑借其良好的價格傳導(dǎo)能力且相對穩(wěn)定的競爭格局，維持較好盈利能力；2）銀漿：銀漿為電池片結(jié)構(gòu)中的核心電極材料，目前光伏銀漿需求隨著光伏行業(yè)的發(fā)展持續(xù)增長，但受制于高技術(shù)門檻，海外廠商市場份額較大，尚有較大的國產(chǎn)替代空間。從電池片成本構(gòu)成來看，根據(jù)Solarzoom數(shù)據(jù)，硅片占電池片成本最高，約為74-75%；銀漿是除硅片外電池片成本占比第二高的材料，約占電池片總成本的8%，占電池片非硅成本的33%，主要能源電力約占總成本的5%。電池片下游為光伏組件制造商。從光伏電池片產(chǎn)業(yè)鏈下游來看，電池片主要與光伏玻璃、其他封裝材料（背板、EVA膠膜等）共同封裝形成太陽能電池組件，組件再與逆變器、支架等共同構(gòu)成光伏電站發(fā)電系統(tǒng)。從電池片占組件成本比重來看，根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2021年電池片占組件成本比重為50.1%，同比-6.7pct，主要系硅料硅片、組件端的雙重壓力和供需關(guān)系影響導(dǎo)致電池片價格承壓下行，但電池片仍為光伏組件成本的最核心組成部分，也是光伏組件降本的主要途徑。2.2.原理：光生伏特效應(yīng)與PN結(jié)太陽能電池工作的原理為光生伏特效應(yīng)和PN結(jié)。光生伏特效應(yīng)是指當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)，該效應(yīng)是光伏發(fā)電的原理。電池片基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成，半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，純凈的硅是不導(dǎo)電的，但可以通過在硅中摻雜來改變分子結(jié)構(gòu)：在硅晶體中摻入硼元素，即可做成P型半導(dǎo)體；摻入磷元素，即可做成N型半導(dǎo)體。電池片發(fā)電即是利用P型半導(dǎo)體有個空穴（P型半導(dǎo)體少了一個帶負(fù)電荷的電子，可視為多了一個正電荷），與N型半導(dǎo)體多了一個自由電子的電位差來產(chǎn)生電流，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)光生電壓，進(jìn)而將硅原子中的電子激發(fā)出來，產(chǎn)生電子和空穴的對流，這些電子和空穴均會受到內(nèi)建電場影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。在此情境下，將兩端外部用電極連接起來，形成一個回路，即可產(chǎn)生電流，這就是太陽電池發(fā)電的原理。2.3.分類：根據(jù)襯底硅片類型，分為P型電池片和N型電池片從襯底類型來看，可將電池片分為P型電池片和N型電池片兩類。P型電池原材料為P型硅片（摻雜硼），N型電池原材料為N型硅片（摻雜磷）。P型電池主要包括BSF（常規(guī)鋁背場電池）和PERC（鈍化發(fā)射極和背面電池）；N型電池目前較主流的技術(shù)為TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）和HJT（本征薄膜異質(zhì)結(jié)）。N型電池通過電子導(dǎo)電，且硼氧原子對造成的光致衰減較少，因此光電轉(zhuǎn)換效率更高。從提效原理來看，可將電池技術(shù)分為減少電學(xué)損失和減少光學(xué)損失兩類。從光照到電流的傳輸，電池中間會經(jīng)歷：1）光學(xué)損失（光在電池片前表面被反射、長波長光未被有效吸收、正面電極造成的阻擋等）；2）電學(xué)損失（電子和空穴在復(fù)合中心復(fù)合、金屬電極和金屬柵線與半導(dǎo)體接觸產(chǎn)生額外電阻等），光學(xué)、電學(xué)損失都會減少光電轉(zhuǎn)換效率。為了降低光學(xué)損失，可通過增加減反射層（沉積SiNx原理）、陷光層（制絨原理）或?qū)⒄娼饘贃啪€放到背面（IBC電池原理）。為了降低電學(xué)損失，可進(jìn)行場鈍化或化學(xué)鈍化處理，即通過提高硅片質(zhì)量或改善金屬和半導(dǎo)體接觸方案來減小載流子的復(fù)合速率，提高載流子壽命，當(dāng)前主要采用的方法有：選擇性發(fā)射極（SE技術(shù)原理）、氧化硅+多晶硅（TOPCon電池隧穿層原理）、本征非晶硅+摻雜非晶硅（HJT電池原理）或富氫介質(zhì)膜（HJT電池本征富氫非晶硅膜原理）。2.4.生產(chǎn)流程：主要概括為6個流程，不同種類電池生產(chǎn)流程有所差異傳統(tǒng)電池片生產(chǎn)主要可以概括為6個步驟。從傳統(tǒng)電池片制作工藝流程來看，主要可以概括為以下6個步驟：1）清洗與制絨，主要目的是去除吸附在硅片表面的各類污染物，去除硅片表面的切割損壞層；利用陷光原理降低電池表面反射率，絨面凹凸不平可以增加二次反射，改變光程及入射方式，增加光的吸收，提高短路電流，進(jìn)而提升電池轉(zhuǎn)換效率。其中，因單多晶晶體結(jié)構(gòu)差異，考慮到效率因素，多晶硅電池用酸制絨，絨面為不規(guī)則凹凸面；單晶硅電池用堿制絨，絨面為規(guī)則類金字塔結(jié)構(gòu)；2）擴(kuò)散，主要目的是形成PN結(jié)，該環(huán)節(jié)是電池片制造的心臟，使電池片具有功能。P型硅片需要進(jìn)行磷擴(kuò)散，液態(tài)磷源三氯氧磷是當(dāng)前磷擴(kuò)散較主流的選擇，主要原因系液態(tài)磷源擴(kuò)散具有生產(chǎn)效率較高、穩(wěn)定性好、制得PN結(jié)均勻平整及擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)；N型硅片需要進(jìn)行硼擴(kuò)散，目前硼擴(kuò)散液態(tài)源主要包括硼酸三甲酯、硼酸三丙酯及三溴化硼等，擴(kuò)硼比擴(kuò)磷工藝難度大，主要原因系硼在硅中固溶度較低，實(shí)際硼擴(kuò)散溫度需要達(dá)到900~1100攝氏度；3）刻蝕（去磷硅玻璃），在擴(kuò)散工序中，硅片側(cè)邊和背面邊緣沒有遮擋，也會擴(kuò)散上磷，PN結(jié)正面所收集的光生電子會沿邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)背面，從而造成短路，使電池片失效?？涛g工序即是將硅片邊緣帶有磷的部分去除，避免PN結(jié)短路且造成并聯(lián)電阻降低；4）鍍膜，主要起到a）減反射作用，提高電池片對陽光的吸收，提高光生電流，從而提高轉(zhuǎn)換效率；b）鈍化作用，薄膜中的氫對電池表面的鈍化降低了發(fā)射結(jié)的表面復(fù)合速率，提升開路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率。光伏電池片中常見的鍍膜技術(shù)包括PECVD、LPCVD、PVD、ALD等；5）絲網(wǎng)印刷，主要作用是為太陽能電池收集電流并制造電極，其中第一道背面銀電極，第二道背面鋁背場印刷和烘干，第三道正面銀電極印刷；6）燒結(jié)，即把印刷到電池片表面的電極在高溫下燒結(jié)，使電極和硅片本身形成歐姆接觸，提高電池片開路電壓和填充因子，使電極接觸有電阻特性以達(dá)到高轉(zhuǎn)換效率。2.5.發(fā)展趨勢：全國電池片產(chǎn)量高速增長，N型電池技術(shù)效率躍升新高度2.5.1.全國電池片產(chǎn)量高速增長，近十年光伏電池片產(chǎn)量CAGR為33.5%全國電池片產(chǎn)量近十年來保持高速增長，CAGR高達(dá)33.5%。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）發(fā)布的《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2021年版）》，全國電池片產(chǎn)量已經(jīng)從2011年的11GW迅速增長到了2021年的198GW，2021年電池片產(chǎn)量同比增長46.9%，近十年的CAGR高達(dá)33.5%。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）預(yù)計(jì)，2022年全國電池片產(chǎn)量將超過261GW。2.5.2.PERC電池產(chǎn)能占比91%，短期仍然占據(jù)主流地位PERC電池從傳統(tǒng)鋁背場電池升級改造而來，與BSF電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率更高。PERC(PassivatedEmitterandRearCell)電池，全稱為“發(fā)射極和背面鈍化電池”，是從常規(guī)鋁背場電池AL-BSF結(jié)構(gòu)自然衍生而來。常規(guī)BSF電池由于背表面的金屬鋁膜層中的復(fù)合速度無法降至200cm/s以下，致使到達(dá)鋁背層的紅外輻射光只有60%~70%能被反射，產(chǎn)生較多光電損失，因此在光電轉(zhuǎn)換效率方面具有先天的局限性。而PERC技術(shù)通過在電池背面附上介質(zhì)鈍化層，采用背面點(diǎn)接觸來代替整個全鋁背場，可以較大程度減少這種光電損失，從而提升光伏電池1%左右的光電轉(zhuǎn)換效率。僅從結(jié)構(gòu)上來看，兩者是較為相似的，PERC電池僅比BSF電池多一個背鈍化層。形成背面鈍化疊層使得PERC電池能在降低背表面復(fù)合速度的同時，提升背表面的光反射，提升了電池的轉(zhuǎn)換效率。從工藝步驟上來看，PERC電池的生產(chǎn)流程較傳統(tǒng)鋁背場電池多出三個步驟：1）沉積背面鈍化疊層氧化鋁，氧化鋁具備較高的電荷密度，可以形成場鈍化，顯著降低硅表面的界面態(tài)，使得背面的少數(shù)載流子復(fù)合速率降低；2）雙面沉積氮化硅，正面的氮化硅和BSF電池相同，一方面鈍化硅表面，另一方面減少入射光的反射率，增加光吸收。背面的氮化硅能夠通過厚度調(diào)節(jié)，將未吸收的光子反射回去，顯著提高長波光的吸收。同時能對氧化鋁層起到保護(hù)作用，增加熱穩(wěn)定性；3）激光開槽形成背面接觸，將部分氧化鋁和氮化硅薄膜打穿露出硅基體，使金屬鋁能透過背面的介質(zhì)層和硅形成良好的歐姆接觸。從背面鈍化技術(shù)工藝路線來看，PECVD+ALD沉積氧化鋁+氮化硅為主流技術(shù)路線。PERC電池背面鈍化技術(shù)工藝路線主要分為：1）PECVD沉積氧化鋁+氮化硅；2）ALD沉積氧化鋁+氮化硅；3）沉積氮氧化硅。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會，PECVD沉積氧化鋁+氮化硅和ALD沉積氧化鋁+氮化硅為主流背面鈍化工藝路線，2021年市占率分別為55.4%和41.4%。從設(shè)備端上來看，PERC電池產(chǎn)線相較于BSF電池產(chǎn)線需增添兩套設(shè)備。PERC電池產(chǎn)線較常規(guī)BSF電池產(chǎn)線需要新增的設(shè)備包括：1）背面鈍化處理（氧化鋁+外覆氮化硅）；2）激光開槽設(shè)備，故從BSF產(chǎn)線升級到PERC產(chǎn)線極為方便，這也是目前PERC電池能在光伏產(chǎn)業(yè)中得到大規(guī)模應(yīng)用的重要原因之一。PERC電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、萌芽期、高速成長期、爆發(fā)期四個階段。1）1989-2006年：PERC技術(shù)出現(xiàn)并引起重視。PERC電池技術(shù)起點(diǎn)源于1989年澳洲新南威爾士大學(xué)的馬丁·格林教授研究組公開的研究成果，實(shí)現(xiàn)了22.8%的實(shí)驗(yàn)室效率。2006年，PERC電池背面鈍化的AlOx介質(zhì)膜的鈍化作用引起重視，PERC技術(shù)開始逐步走向產(chǎn)業(yè)化；2）2012-2014年：國內(nèi)PERC電池步入萌芽期。2012年由中電光伏牽頭的國家863項(xiàng)目正式吹響了我國PERC電池產(chǎn)業(yè)化的號角，2013-2014年在諸多廠家與機(jī)構(gòu)長期的技術(shù)儲備和研究基礎(chǔ)下國內(nèi)PERC電池進(jìn)入商業(yè)化和量產(chǎn)化的基礎(chǔ)階段，其中晶澳作為國內(nèi)首家打通PERC產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，其批量試產(chǎn)效率達(dá)到20.3%，并率先實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)；3）2015-2017年：國內(nèi)PERC電池進(jìn)入高速成長階段。2015年國內(nèi)PERC電池產(chǎn)能達(dá)到世界首位，占全球PERC電池產(chǎn)能的35%。2016年由國家能源局實(shí)施的“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”引領(lǐng)國內(nèi)PERC電池正式開啟產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)，平均效率達(dá)到20.5%。2017年是光伏電池市場份額發(fā)生轉(zhuǎn)折的一年，常規(guī)電池的市場份額開始下降，國內(nèi)PERC電池市場份額提升至15%，其產(chǎn)能已增至28.9GW；4）2018年-至今：PERC電池進(jìn)入爆發(fā)期，成為市場主流。2019年P(guān)ERC電池規(guī)模化量產(chǎn)加速，量產(chǎn)效率達(dá)22.3%，產(chǎn)能占比超過50%，正式超過BSF電池成為最主流的光伏電池技術(shù)。根據(jù)CPIA預(yù)計(jì)，到2022年P(guān)ERC電池量產(chǎn)效率將達(dá)23.3%，產(chǎn)能占比將超過80%，市場份額仍將穩(wěn)居第一。PERC量產(chǎn)效率逐年提升，最高效率由隆基創(chuàng)造，達(dá)到24.06%。從單晶和多晶電池角度來看，PERC單晶電池效率始終高于PERC多晶電池，主要原因系1）多晶硅在生產(chǎn)時晶片面積上有許多晶界和缺陷，這些晶界和缺陷不僅使少子平均壽命降低，且導(dǎo)致對入射光的吸收也有所降低；2）多晶硅生產(chǎn)中采用鑄錠法，因此其中所含的O和C原子等雜質(zhì)濃度較高，從而影響光電轉(zhuǎn)換效率，而單晶硅生產(chǎn)以多晶硅為原料，以直拉法為主要生產(chǎn)工藝，其中的O和C原子的雜質(zhì)濃度較低；3）多晶硅生產(chǎn)工藝制約導(dǎo)致其PN結(jié)厚度較薄，使得PN結(jié)對光子吸收有所降低。從量產(chǎn)效率來看，PERC電池量產(chǎn)效率呈現(xiàn)逐年增長趨勢，PERC單晶電池量產(chǎn)效率由2016年的20.5%提升至2021年的23.1%，據(jù)CPIA預(yù)計(jì)，2022年P(guān)ERC單晶電池量產(chǎn)效率將達(dá)23.3%。從最高效率來看，截至目前，單晶雙面PERC電池最高效率記錄由隆基綠能于2019年1月創(chuàng)造，最高效率達(dá)24.06%（CPVT認(rèn)證）。從理論極限效率來看，根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）測算，P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，P型PERC電池量產(chǎn)效率已十分逼近理論極限效率，效率提升空間有限。PERC電池產(chǎn)能持續(xù)攀升，市占率遙遙領(lǐng)先成為主流。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會，2015年前，BSF電池為主流產(chǎn)品，占據(jù)了90%的市場份額。2016年起，BSF電池市占率呈現(xiàn)大幅下滑趨勢，由2016年的87.8%下滑至2021年的5%，主要原因系BSF電池具有先天局限性，光電損失較大，而下游客戶對高效電池片的需求日益顯著致使BSF逐漸被淘汰；同期PERC電池市占率呈現(xiàn)大幅提升趨勢，由2016年的10.0%攀升至2021年的91.2%，現(xiàn)已成為電池片主流產(chǎn)品。光電轉(zhuǎn)換效率更高的N型電池（主要包括TOPCon和HJT電池）成本較高，量產(chǎn)規(guī)模仍較小，2021年市場占比約3%，較2020年基本持平。2.5.3.N型電池轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢明顯，將成為下一代技術(shù)方向P型電池接近轉(zhuǎn)換效率極限，難以進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）測算，P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，2021年P(guān)型PERC單晶電池量產(chǎn)效率已達(dá)到23.1%，同比提升0.3pct，從效率方面來看，PERC電池量產(chǎn)效率已逼近理論極限效率，很難再有大幅度的提升，并且未能徹底解決以P型硅片為基底的電池富有硼氧對所產(chǎn)生的光至衰減現(xiàn)象，這些因素使得P型晶體硅電池很難再取得進(jìn)一步突破。與P型電池片相比，N型電池片在多方面都具備優(yōu)勢。N型技術(shù)主要的優(yōu)勢在于：1）P型電池片少子是電子，N型電池片少子是空穴，硅片中雜質(zhì)對電子的捕獲遠(yuǎn)大于空穴，根據(jù)普樂科技，在相同金屬雜質(zhì)污染的情況下，N型電池片表面復(fù)合速率低，少子壽命比P型電池片高1-2個數(shù)量級，能極大提升電池的開路電壓，電池轉(zhuǎn)換效率更高；2）N型電池片摻雜的元素為磷元素，晶體硅中硼含量極低，本質(zhì)上削弱了硼氧對的影響，光致衰減效應(yīng)接近于零；3）N型電池片工作溫度低，紅外透過率高，電流通道多，根據(jù)摩爾光伏，N型電池片工作溫度較常規(guī)單玻組件低3-9℃，減小因溫度提高帶來的功率下降；4）N型電池片弱光響應(yīng)好，根據(jù)摩爾光伏，N型電池片在輻照強(qiáng)度低于400W/m2的陰雨天及早晚仍可發(fā)電。N型電池的轉(zhuǎn)換效率更高，未來將成為光伏電池片的主流技術(shù)。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會CPIA統(tǒng)計(jì)，2021年，規(guī)?；a(chǎn)的P型單晶電池均采用PERC技術(shù)，平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.1%，較2020年+0.3pct；采用PERC技術(shù)的多晶黑硅電池片轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.0%，較2020年+0.2pct；N型TOPCon電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.0%，HJT電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.2%，兩者較2020年均有較大提升，IBC電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.1%。未來隨著生產(chǎn)成本的降低及良率的提升，N型電池將會是電池技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。3.TOPCon電池：接軌PERC產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度最快3.1.簡介：采用量子隧穿效應(yīng)，LPCVD為當(dāng)前主流工藝路線3.1.1.N型硅襯底，采用隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù)TOPCon電池技術(shù)利用隧穿氧化層，極大降低少子復(fù)合速率。TOPCon是（TunnelOxidePassivatedContact）的縮寫，TOPCon電池屬于一種鈍化接觸型電池。由于PERC電池金屬電極仍與硅襯底直接接觸，金屬與半導(dǎo)體的接觸界面由于功函數(shù)失配會產(chǎn)生能帶彎曲，并產(chǎn)生大量的少子復(fù)合中心，對太陽電池的效率產(chǎn)生負(fù)面影響。若采用薄膜將金屬與硅襯底隔離，則可以減少少子復(fù)合。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)，即是TOPCon技術(shù)。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層，同時阻擋少子空穴復(fù)合，進(jìn)而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，極大地降低復(fù)合速率，提升了電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池轉(zhuǎn)換效率。3.1.2.TOPCon技術(shù)概念起源于2013年，規(guī)模化應(yīng)用或?qū)㈤_啟TOPCon電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、產(chǎn)品布局期和商業(yè)推廣期三個階段。1）2015-2017年：TOPCon技術(shù)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。TOPCon技術(shù)概念最早由德國Frauhofer研究所于2013年提出，并于2015年研發(fā)出效率達(dá)到25.1%的新一代TOPCon電池。2017年美國喬治亞理工學(xué)院對TOPCon電池的電性能模擬研究將其電池效率進(jìn)一步提高到了25.7%，同年德國Frauhofer研究所的ArminRichter團(tuán)隊(duì)在P型FZ（區(qū)熔）硅片上首次應(yīng)用了TOPCon技術(shù)并達(dá)到24.2%的電池效率；2）2018-2020年：國內(nèi)廠商積極布局TOPCon技術(shù)。2018年晶科能源在大面積商用硅片襯底上制備的N型TOPCon電池最高效率達(dá)到了24.19%，2019年天合光能自主研發(fā)的i-TOPCon技術(shù)在大面積單/多晶電池上都打破了實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄，轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了24.58%和23.22%；3）2021年-至今：電池效率屢創(chuàng)新高，TOPCon有望規(guī)模化應(yīng)用。國內(nèi)廠商加大對TOPCon技術(shù)的布局并步入行業(yè)前列，2021年隆基綠能在單晶硅片商業(yè)化尺寸TOPCon電池效率上首次突破25%，N型TOPCon轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.21%，2022年晶科能源自主研發(fā)的182N型高效單晶硅電池最高效率達(dá)到了25.7%，TOPCon電池或?qū)㈤_始啟動規(guī)模化應(yīng)用。3.1.3.多種技術(shù)路線并進(jìn)，LPCVD工藝為當(dāng)前主流從TOPCon技術(shù)路線來看，LPCVD是目前主流TOPCon工藝路線。TOPCon電池主要包括三種工業(yè)化路線：路線1）本征+擴(kuò)磷：LPCVD制備多晶硅薄膜結(jié)合傳統(tǒng)的全擴(kuò)散工藝。優(yōu)勢：工藝目前相對成熟且耗時短，生產(chǎn)效率高，厚度均勻性好，致密度高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，為目前TOPCon廠商選取的主流路線。劣勢：過度的繞鍍，石英件沉積問題，成膜速度慢。目前晶科能源和天合光能都有布局。路線2）原位摻雜：PECVD制備多晶硅膜并原位摻雜工藝。優(yōu)勢：沉積速度快，沉積溫度低，輕微的繞鍍，可以用PECVD直接制備多晶硅層，流程相對簡化。劣勢：厚度均勻性較差，純度低，存在氣泡爆膜問題，導(dǎo)致致密度和良率較低。目前