PERC電池如何提升電池轉(zhuǎn)化效率？

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽能的使用。提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率一直是光伏業(yè)界孜孜追求的目標(biāo)。硅基太陽電池效率極限是29%，目前最高電池效率記錄為26.63%，由日本kaneka公司在2017年創(chuàng)造。

太陽電池效率損失來源分為光學(xué)損失、電學(xué)損失和復(fù)合損失。隨著硅片質(zhì)量的不斷提高，晶硅電池表面復(fù)合損失已成為制約電池效率提升的關(guān)鍵因素，因此表面鈍化技術(shù)尤為重要。目前關(guān)注度極高的PERC電池即是在背面引入氧化鋁/氮化硅介質(zhì)層進(jìn)行鈍化，采用局部金屬接觸，有效降低背表面電子復(fù)合，提升電池轉(zhuǎn)化效率。但由于PERC電池將背面的接觸范圍限制在開孔區(qū)域，開孔處的高復(fù)合速率依然存在。

為了進(jìn)一步降低背面復(fù)合速率實(shí)現(xiàn)背面整體鈍化，并去除背面開膜工藝，鈍化接觸技術(shù)近年來成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。德國(guó)弗勞恩霍夫太陽能研究所(Fraunhofer ISE)開發(fā)的TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)技術(shù)即為鈍化接觸的一種。

TOPCon技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

TOPCon技術(shù)是在電池背面制備一層超薄的隧穿氧化層和一層高摻雜的多晶硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為硅片的背面提供了良好的表面鈍化，超薄氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層同時(shí)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，從而極大地降低了金屬接觸復(fù)合電流，提升了電池的開路電壓和短路電流。

某太陽能電池

可見，TopCon結(jié)構(gòu)無須背面開孔和對(duì)準(zhǔn)，也無須額外增加局部摻雜工藝，極大地簡(jiǎn)化了電池生產(chǎn)工藝。相較于N-PERT電池，TOPCon技術(shù)只需要增加薄膜沉積設(shè)備，能很好地與目前量產(chǎn)工藝兼容，便于產(chǎn)線升級(jí)。同時(shí)摻雜多晶硅層良好的鈍化特性以及背面金屬全接觸結(jié)構(gòu)具有進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)換效率的空間，可以使N型電池量產(chǎn)效率超過23%，現(xiàn)已成為下一代產(chǎn)業(yè)化N型高效電池的切入點(diǎn)。

TOPCon技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展

TOPCon電池概念是由Fraunhofer ISE在2013年第28屆EU PVSEC上首次提出。其使用一層超薄的氧化層與摻雜的薄膜硅鈍化電池的背面。其中背面氧化層厚度1.4nm，采用濕法化學(xué)生長(zhǎng)。隨后在氧化層之上，沉積20nm摻磷的非晶硅，之后經(jīng)過退火重結(jié)晶并加強(qiáng)鈍化效果。經(jīng)過多年耕耘，F(xiàn)raunhofer ISE在2017年將采用TOPCon技術(shù)的電池效率已提升至25.7%。國(guó)外廠商LG目前已實(shí)現(xiàn)N-PERT及TOPCon電池的大規(guī)模量產(chǎn)。其中，N-PERT電池量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)化效率已超過22.5%，TOPCon電池量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)化效率已超過23%，60片電池組件輸出功率已達(dá)335W。LG預(yù)計(jì)其TOPCon電池的轉(zhuǎn)換效率有望進(jìn)一步提升至24.5%。

國(guó)內(nèi)中來光電在大規(guī)模量產(chǎn)N-PERT電池的基礎(chǔ)上，將TOPCon技術(shù)引入其N型雙面電池，今年上半年電池平均轉(zhuǎn)換效率已提高到22.5%以上。中來股份2018半年報(bào)顯示，其N型單晶雙面TOPCon電池正面最高研發(fā)效率已達(dá)23.05%，雙面率達(dá)到80.65%。此外，中來股份擬公開發(fā)行可轉(zhuǎn)換公司債券募集不超過10億元，用于建設(shè)年產(chǎn)1.5GW N型單晶雙面TOPCon電池項(xiàng)目。2018年5月，中來與國(guó)家電投黃河水電簽約，2019-2021年將交付總計(jì)5GW的N型單晶雙面TOPCon電池。國(guó)內(nèi)另一家實(shí)現(xiàn)N型電池大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)——林洋光伏的技術(shù)路線圖顯示，在N-PERT量產(chǎn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)和導(dǎo)入氧化鋁鈍化、黑硅RIE及TOPCon等技術(shù)，預(yù)計(jì)電池量產(chǎn)效率將達(dá)23%。

此外，國(guó)內(nèi)外光伏企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)，如英利、天合、中科院微電子研究所、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所、荷蘭能源研究中心(ECN)、新加坡太陽能研究所(SERIS)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)(ANU)等都在鈍化接觸領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，探索不同的鈍化材料和結(jié)構(gòu)，以及在P型電池的應(yīng)用潛力，鈍化接觸技術(shù)正在加速推進(jìn)。亞化咨詢認(rèn)為，TOPCon電池具備優(yōu)良的背面鈍化效果，無須復(fù)雜的鈍化層開口工藝，極大地簡(jiǎn)化了電池生產(chǎn)工藝，且與傳統(tǒng)晶硅電池生產(chǎn)工藝高度兼容。目前，TOPCon電池產(chǎn)業(yè)化已有先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，量產(chǎn)效率已超過23%，并仍具有進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)換效率的空間。

TOPCon已成為PERC之后的又一個(gè)光伏技術(shù)風(fēng)口，或?qū)⒊蔀镻ERC技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。