诞生于2013年TOPCon(隧穿氧化层钝化接触，Tunnel Oxide Passivated Contact)技术在实验室研究和小批量示范9年后，终于迎来高光时刻。据行业数据显示，2022年n型TOPCon电池规划产能超过60GW，预估出货约15GW以上。
“每一种太阳电池结构都有其自身能到达的效率极限，技术迭代是历史必然。从钝化原理可能达到的最高电池效率与目前光伏电池设备供应链生态成熟度来看，n型TOPCon电池技术大规模量产时机已经成熟。”一道新能CTO宋登元博士介绍。
资料来源：一道新能 宋登元
面对行业升级的机遇，光伏新一线品牌企业一道新能不仅在研发方面走在行业前列，TOPCon电池实验室效率突破25.5%;在产业化方面，也已建成6GW的n型产能， TOPCon电池量产效率突破24.6%。预计今年底一道新能n型产能将达到20GW，位列TOPCon技术的企业第一梯队。2022年是n型TOPCon技术元年。宋登元博士认为，五大因素决定了TOPCon技术元年到来，首先2022年电池规划产能60GW+、出货量10GW+，这么大的出货量足以推动成本的快速下降;二是TOPCon可以兼容现有的PERC产线设备，工艺成熟，容易进行技术升级;三是PERC的已有人才储备、关键设备成熟能够支撑技术的迭代;四是投资成本相较于其他n型电池技术更具有经济性，新产线投资约2.1亿元/GW ，PERC升级TOPCon需要0.3~0.5亿左右;五是TOPCon电池理论效率高达28.7%，TOPCon量产效率有很大提升空间。
资料来源：一道新能 宋登元
宋登元博士介绍，晶硅电池的效率提升是以采用新钝化技术为特征的。TOPCon具有完美钝化原理，载流子的选择率高，接触电阻低，是目前产业升级完美技术路线。TOPCon电子选择性材料SiOx/n+ Poly-Si与空穴选择性材料SiOx/p+ Poly-Si结合的载流子的选择性可以达到13.8-14.2，高于电子选择性材料a-Si：H(i)/a-Si：H(n+)与空穴选择性材料a-Si：H(i)/a-Si：H(p+)结合的电池(HJT)的13.2;双面TOPCon具有更加高的效率极限(28.3%-28.7%)，高于HJT的27.5%极限效率，同时也远远高于PERC电池24.5%的极限效率，最接近晶硅太阳能电池理论极限效率(29.43%)。行业主流TOPCon厂商量产效率已经突破24.5%，高于PERC电池极限效率，具备强大的生命力。
资料来源：R. Brendel等2019年Silicon PV
资料来源：三峡资本 郑海军
TOPCon电池与PERC电池工艺兼容性好(上图为PERC与TOPCon工艺流程对比)。TOPCon在传统PERC工艺上叠加，步骤达12-13步。首先制备TOPCon电池，增加了硼扩散工艺，然后背面制备SiO/Poly-Si钝化接触结构。目前有三种方法制备钝化接触，最常用的是LPCVD沉积非掺杂的多晶硅，然后通过磷扩散对多晶硅进行掺杂，最后通过PECVD技术在前后表面制备钝化层和减反膜，以及丝网印刷制备电极结构。设备方面，TOPCon相比PERC核心增加了硼扩炉(进行硼扩散)、LPCVD或PECVD(SiO+多晶硅)设备，同时去除了前道SE、后道开槽两道激光设备，在现有PERC产线基础上增加0.3-0.5亿元/GW即可完成技术升级。宋登元博士介绍，TOPCon设备具有较高的成熟度、可以在现有的产线进行技术升级、具备大量的工艺设备研发人员以一线熟练工人的人才储备，这些都是TOPCon技术快速扩充产能的优势所在。在PERC技术升级为TOPCon的核心工艺步骤中，拉普拉斯、北方华创、捷佳伟创、微导等多家国内设备企业都推出了各自的技术方案，关键设备已经实现国产化，这也是推进该种技术快速发展重要因素之一。
TOPCon电池设备及重点国内企业
来源：TaiyangNews，有删减
目前TOPCon电池有三种不同的工业化工艺流程，分别为：LPCVD制备多晶硅膜结合传统的磷扩散工艺;LPCVD制备多晶硅膜结合离子注入磷工艺;PECVD制备多晶硅膜并原位掺杂工艺;PVD制备多晶硅膜并原位掺杂工艺，其中LPCVD技术工艺成熟且已实现量产，并且设备国产化完善，但绕镀、成膜速度慢等仍为目前工艺主要问题。光伏企业基于自身的技术积累，选择了不同的技术路线进行攻关，一道新能、晶科以LPCVD为主，通威以PECVD、PEALD为主。LPCVD技术路线全称为低压化学气相沉积法，该技术优点是工艺成熟、集成度高，成膜质量好，装备产能大，控制简单容易;但难于镀膜速度慢，成膜率低，同时存在二次掺杂、绕镀、石英件沉积严重等问题。LPCVD技术是各技术路线中被最广为接受，也是唯一大规模商业化的技术。PECVD、PEALD、PVD也是目前研究的重点方向，且取得进展。“绕镀问题解决，TOPCon电池降本超乎预期。”据业内人士介绍， TOPCon电池材料匹配性好，原材料和关键装备无卡脖子的问题，TOPCon技术韧性十足。
一道新能在TOPCon电池提效降本方面利用先发优势持续研发投入，加大探索与攻关力度，取得了重大进展与突破。大部分公司的TOPCon良率在90%-95%之间，与PERC电池98%的良率相比仍有一定差距，一道新能持续进行LPCVD设备优化和工艺革新，在渐变膜技术、超薄多晶硅技术、超细线图形设计取得突破，提升效率的同时进一步保证产品的可靠性和稳定性。通过工艺优化和精细化管控，控制超薄氧化层和多晶硅层的均匀性，优化硼扩散条件，控制硅片氧含量，一道新能n型电池良率可以达到与PERC接近的水平。为进一步提升效率，一道新能正在研发可量产的低复合的表面掺杂技术、降低多晶硅层光寄生吸收技术，以取得更低的接触电阻率和J0，提升开路电压和短路电流，使产业化TOPCon电池效率提升到25%以上。“TOPCon电池提效路径也很清晰，降低来自发射极复合及其正/背面的金属接触复合是当前提效的主攻方向。一道新能今年底大规模量产的效率目标是25%，中期目标是25.5%以上，中长期目标是超过26%。”宋登元博士介绍。“如果在低成本下量产效率突破25%，这将具有里程碑意义，TOPCon度电成本优势就会更加明显，会加快蚕食PERC市场份额，逐步成为市场主流。”
宋登元博士相信，工艺的简化、电池效率增加、n型硅片和p型硅片溢价差的缩小、银浆用量以及设备价格的降低，n型TOPCon竞争力越来越明显，度电成本优势将显现，产业化规模将逐步扩大。德国权威研究机构也认为，与PERC技术成本类似的TOPCon将在下一代晶硅太阳能电池中发挥重要作用，甚至可能成为未来支撑叠层太阳能电池发展的关键技术。
责任编辑：周末
