Topcon是“隧道氧化物鈍化接觸”的縮寫，是一種更先進的N型硅電池技術(shù)。這個概念最早是由德國太陽能研究機構(gòu)Fraunhofer ISE于2014年提出的。直到 2019 年，該技術(shù)才得以擴展。截至2022年1月，全球最大的太陽能電池板制造商尚德、天合光能、晶澳太陽能和隆基太陽能現(xiàn)已使用該技術(shù)實現(xiàn)效率超過22%的太陽能電池板。

PERC電池技術(shù)

在PERC（鈍化發(fā)射極和后電池或鈍化發(fā)射極和后接觸）soalr電池中，在電池后部添加了介電鈍化層，以捕獲更多的陽光并將其轉(zhuǎn)化為電能，目的是提高效率。

PERC技術(shù)有兩種不同的類型，n型和p型PERC電池。p型和n型太陽能電池之間的主要區(qū)別在于電子數(shù)。在p型電池中，硅晶片摻雜了硼，硼是一種比硅少一個電子的元素。這使得電池帶正電。在n型中，電池摻雜有磷，磷比硅多一個電子，使電池帶負電。

N型電池返回的效率值高于p型電池。它們也不像它們的p型細胞那樣受到光誘導(dǎo)降解的影響。

Topcon：超越PERC電池技術(shù)

到2019年，在太陽能行業(yè)廣泛采用三年后，在澳大利亞科學(xué)家馬丁格林于1983年發(fā)明三十多年后，PERC太陽能電池技術(shù)已成為主導(dǎo)的太陽能電池技術(shù)。2019年，PERC太陽能電池占據(jù)了65%的市場份額。在短短一年內(nèi)，它已將更傳統(tǒng)的背表面場（BSF）太陽能電池技術(shù)在全球的份額從2017年的83%削減至略低于32%。

經(jīng)過多年不斷研發(fā)優(yōu)化技術(shù)的努力，PERC的效率提升潛力現(xiàn)在似乎已經(jīng)耗盡。制造商的理論上限為24.5%，達到科學(xué)研究對PERC電池效率的理論上限，為23%。該技術(shù)的進一步優(yōu)化現(xiàn)在似乎難以捉摸，自 2021 年以來，制造商一直在尋求超越它：

n-PERT （鈍化發(fā)射器后部完全擴散）；異質(zhì)結(jié) （HJT）；指指背觸點 （IBC）；n-Topcon 等等

在Topcon電池中，在背面添加了隧道氧化層和固有多晶硅層。正面由鈍化和減反射層的介電堆棧鈍化。目前，主流工藝通過熱氧化生長1.5-2cm的隧道氧化層，而通過稱為LPCVD的化學(xué)沉積工藝添加150-200nm的固有多晶硅層沉積物，然后通過磷擴散摻雜電池。

Topcon電池的優(yōu)勢

更高的效率上限：

在PERC電池之外，除了TOPCon和異質(zhì)結(jié)、n-PERT和IBC之外的其他選擇，由于其制造成本高、程序復(fù)雜且效率潛力有限，因此沒有那么有吸引力。

TOPCon太陽能電池的理論效率上限由該領(lǐng)域的科學(xué)研究設(shè)定為28.2%-28.7%。這超過了異質(zhì)結(jié)的27.5%，遠高于PERC電池的24.5%。它接近所有晶體硅基太陽能電池的理論極限，為29.43%。

適應(yīng)性強的制造工藝：

TOPCon只是在已經(jīng)存在且成熟的PERC制造工藝和生產(chǎn)線上增加了一層額外的工藝。這種兼容性意味著TOPCon太陽能電池可以從現(xiàn)有的PERC / PERT生產(chǎn)線輕松升級，而成本略有增加。雖然它與與現(xiàn)有的PERC制造工藝完全不兼容并且需要一條全新的生產(chǎn)線的簡單異質(zhì)結(jié)制造工藝相比不是很好，但它確實與更復(fù)雜的IBC電池技術(shù)相比更好。

與PERC / PERT太陽能電池相比，TopCon太陽能電池代表了一種升級且更高效的技術(shù)，具有高度相似的結(jié)構(gòu)。

背景介紹

眾所周知,硅基光伏電池的種類分為以P型硅為襯底材料以及以N型硅為襯底材料兩種,其中,P型電池制作工藝相對簡單，成本較低。它又分BSF電池和PERC電池,PERC電池采用了鈍化膜來鈍化背面，取代了傳統(tǒng)的全鋁背場，增強光線在硅基的內(nèi)背反射，降低了背面的復(fù)合速率，從而使電池的效率提升0.5%-1%。目前P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%。

另一種N型電池轉(zhuǎn)換效率高、雙面率高、溫度系數(shù)低、無光衰、弱光效應(yīng)好、載流子壽命長；它的代表性電池有TOPCon電池、HJT電池、IBC電池；TOPCon電池核心技術(shù)是背面鈍化接觸，能量極限轉(zhuǎn)換效率大概在28.7%左右；HJT電池目前量產(chǎn)效率普遍已在24%以上，HJT未來疊加IBC和鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率或可提升至30%以上。

IBC電池采用交叉指式背接觸電池技術(shù)，但IBC電池制程工藝復(fù)雜、成本較高，目前尚未產(chǎn)業(yè)化。

TopCon電池結(jié)構(gòu)

TopCon太陽能電池技術(shù)具有與PERC太陽能電池相似的結(jié)構(gòu)和制造工藝，只需幾個額外的步驟。

TopCon太陽能電池可以制造為n型或p型太陽能電池，但n型變化已被證明更有效且耐雜質(zhì)。由于TopCon太陽能電池是PERC / PERT太陽能電池的升級版，因此了解這項新技術(shù)的結(jié)構(gòu)非常重要。

PERT太陽能電池采用n型晶體硅（c-Si）塊狀層制造，因為它具有更高的表面質(zhì)量，并且與p發(fā)射極層耦合以產(chǎn)生p-n結(jié)。發(fā)射極層覆蓋有氧化鋁（Al+2O3）鈍化層，頂部涂有氮化硅（SiNx）涂層，以增強其抗反射性能。PERC太陽能電池用p型體層和用于p-n結(jié)的n發(fā)射器取代吸收層。區(qū)域的下部摻雜磷以產(chǎn)生后表面場，然后涂覆類似于電池頂部的SiNx。太陽能電池的頂部和底部都裝有銀（Ag）或鋁（Al）觸點，以便在制造PERC / PERT太陽能電池板時將電池連接到負載或其他電池時閉合電路。

跟現(xiàn)有PERC相比，TopCon的核心結(jié)構(gòu)是超薄的二氧化硅層，利用量子隧穿效應(yīng)，既能讓電子順利通過，又可以阻止空穴的復(fù)合。

TopCon的核心技術(shù)隧穿鈍化的作用:

（1） 全面積鈍化表面使得無硅/金屬接觸界面，有利于提升開路電壓Voc，而全面積地收集載流子，降低壽命敏感度，有利于提升填充因子FF;

（2）阻擋少子通過同時使多子無障礙的輕松通過，因此可以減少復(fù)合;

（3）結(jié)構(gòu)中的鈍化層可以抑制硅片表面的載流子復(fù)合，提高硅片的少子壽命和電池的開路電壓，載流子選擇收集鈍化接觸結(jié)構(gòu)可以被應(yīng)用到電池的全表面，而無需開孔形成局部鈍化接觸，這不僅簡化了制造工藝同時載流子只需進行一維方向的輸運而無需另外的橫向傳輸，因而可以獲得更高的填充因子。

制造工藝

TOPCon太陽能電池技術(shù)最好的一點是，制造工藝與PERT太陽能電池非常相似，制造商只需進行少量投資即可升級其現(xiàn)有生產(chǎn)線。大多數(shù)制造設(shè)備可以保持不變。這使得TOPCon太陽能電池成為市場上已有的PERC / PERT光伏組件制造商的絕佳投資。

1、制造TOPCon太陽能電池的第一步是通過使用氫氧化鉀（KOH）去除c-Si晶片切割過程中的鋸損傷來化學(xué)紋理化晶圓表面。

2、清潔晶圓后，使用擴散法通過施加三溴化硼（BBr）在電池正面形成，但隨后通過施加硝酸和氫氟酸（HF/HNO）去除背面，并通過濕化學(xué)浸漬產(chǎn)生超薄氧化層。

3、為了生長nPoly-Si層，通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝生長磷摻雜的非晶硅（n-a-Si：H）層。然后在900oC退火后將其轉(zhuǎn)化為nPoly-Si層。+ +

4、進一步清潔太陽能電池，并通過PECVD施加鈍化和涂層。

5、最后，通過絲網(wǎng)印刷將銀/鋁觸點涂覆為金屬化，使用最高溫度為760oC的快速燒制方法進行金屬化。

制造TOPCon太陽能電池后，進行I-V太陽能電池曲線表征以評估其性能。

工藝流程圖

TopCon太陽能電池技術(shù)具有與PERC太陽能電池相似的結(jié)構(gòu)和制造工藝，只需幾個額外的步驟，我們可以了解他的一個工藝流程。

清洗制絨

清洗目的：

1、去除硅片表面的有機物臟污及金屬雜質(zhì)；

2、去除硅片線切割過程產(chǎn)生的機械損傷層，減少復(fù)合中心；

3、形成起伏不平的絨面，其作用為：a.利用陷光效應(yīng)，增加硅片對太陽光的吸收；4、降低反射率；同時增加硅片表面積，進而P-N結(jié)面積也同樣增加。

硼擴散工序

目的:制備PN 結(jié)

在N型硅片（摻磷）上擴散P型元素（硼）形成P-N結(jié)（即空間電荷區(qū)） ，在正面形成P+層，背面形成N+層。

原理:

在一定的濃度、溫度、壓力及時間下，硼源（BBr3或BCl3）在管式爐中汽化后，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)在硅片表面進行沉積，獲得合適的摻雜濃度、結(jié)深及方阻；

總反應(yīng)：

堿拋光

目的：去除硅片邊緣的PN結(jié)和去除PSG

硅片在擴散過程中，硅片邊緣擴散上了磷，邊緣形成PN結(jié)，載流子會通過邊緣造成電池片短路，并且在擴散過程中，會形成一層含磷的玻璃體，俗稱PSG，對載流子俘獲能力極強，需要被去除。

LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積）

目的：

在硅片背面沉積一層超薄氧化層提供良好的界面鈍化，同時提供不同載流子隧穿勢壘;

氧化層上沉積一層非晶硅，增加電子的遷移速率同時抑制空穴的遷移速率；

非晶硅與金屬接觸，起到電子傳輸橋梁的作用。

原理：

用加熱的方式，在低壓條件下使SiH4在硅片表面反應(yīng)并沉積成固體薄膜。

氧化層沉積：高溫通氧氣，氧氣和硅反應(yīng)生產(chǎn)氧化硅；

反應(yīng)方程式 ：O2+Si→SiOx

非晶硅沉積：高溫通硅烷，硅烷熱分解成硅和氫氣；反應(yīng)方程式：SiH4（氣）=Si（固）+H2

磷擴

目的：對poly層進行磷摻雜

原理:

氧氣的存在下，POCl3在高溫下分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5）,反應(yīng)式：

生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子,反應(yīng)式：

正面刻蝕

工藝流程：

正刻槽（加水膜）→水洗→堿洗→水洗→ 酸洗→水洗→烘干

正刻槽作用：

主要通過HF+HNO3的混合溶液，對硅片正面和邊緣進行刻蝕，以達到去除正面及邊緣BSG的作用。

堿洗槽作用：

主要用來中和正刻槽殘留的酸液，并去除正刻槽反應(yīng)生成的多孔硅。

酸洗槽作用：

去除氧化層，使硅片表面疏水。

槽體及功能

ALD（原子層沉積技術(shù)）

通過時間或空間間隔，使襯底交替暴露于不同的反應(yīng)前驅(qū)體氛圍中，當(dāng)襯底處于前驅(qū)體A的氛圍中時，前驅(qū)體A通過化學(xué)吸附保持在襯底表面，前驅(qū)體A吸附飽和后達到穩(wěn)定狀態(tài)，不會再進行進一步化學(xué)吸附。當(dāng)基底暴露于前驅(qū)體B氛圍時，前驅(qū)體B就會與已吸附于基底表面的前驅(qū)體A發(fā)生反應(yīng)。兩個前驅(qū)體之間會發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的副產(chǎn)物，直到表面的第一前驅(qū)體完全消耗， 反應(yīng)會自動停止并形成需要的原子層。

正背膜

硅片表面形成一層Si3N4薄膜，既可作為減反射膜，增加對光的吸收，同時，在 SiNx 薄膜形成過程中產(chǎn)生的氫原子對硅片具有鈍化作用;又因其結(jié)構(gòu)致密保證硅片不被氧化；

硅片置于陰極上，利用輝光放電使硅片升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的SiH4和NH3氣體，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)Si3N4薄膜；

金屬化

工藝流程

背面印主柵→烘箱→背面印副柵→烘箱→正面印主柵→烘箱→正面印副柵→燒結(jié)爐→高溫退火爐→測試；

其中正、背面印刷均采用分步印刷方式，印刷流程圖示如下：

燒結(jié)目的

干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。

把電極燒結(jié)在PN結(jié)上,高溫?zé)Y(jié)可以使電極穿透氮化硅膜，形成合金。

正面主柵不燒穿氮化硅，減少金屬對氮化硅層破壞，提高開壓。

銀的熔點960.7℃，Ag-Si共熔點為 600~800℃

編輯：黃飛

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