新型高效TOPCon电池研究及关键技术进展

刘尊珂，叶丽娜，水丽蓁，张洪宇，王若伊，周鸿凯，刘伟，杨阵海，曾俞衡，叶继春^*

中国科学院宁波材料技术与工程研究所

^*E-mail: jichun.ye@nimte.ac.cn

报告摘要

隧穿氧钝化接触（TOPCon）太阳电池是当前光伏产业的主流技术，当前的累计产能达到近1000 GW。TOPCon电池及其组件具有性价比优势，多个权威组织均预测其在未来5年内仍将占据主导地位。进一步发挥TOPCon结构及其技术优势，提高基于TOPCon技术的电池效率，将成为行业下一阶段的竞争重点。

提升电池的光生电流密度，有助于提高晶体硅太阳电池的效率上限。从这个角度看，相对于当前正结（FJ）电池，背结（BJ）电池^[1]及全背接触（BC）电池^[2]可以降低或彻底消除正面栅线对入射光的遮挡损失、提升光生电流密度，可以将电池极限转换效率提升至≥27.5%及~28%，预计会成为产业技术升级的重点方向。

然而，当前基于TOPCon技术的BJ（TBJ）和BC（TBC）电池的效率潜力并未完全释放，与现有TOPCon电池的效率差距较小，其主要原因在于部分关键钝化技术指标没有得到提升。例如，当前基于掺硼多晶硅的p型TOPCon（常称p⁺ poly）的单面饱和电流密度（J_0,s）只有6-8 fA/cm²，对应寿命片的隐含开路电压（iV_oc）约为730 mV，与常规硼扩发射极的钝化质量并无显著差异。

中科院宁波材料所在p型TOPCon技术上持续研究，在双面钝化片上可以取得iV_oc≥740 mV及J_0,s≤4 fA/cm²的优异钝化效果，已具备进一步提升TBJ和TBC的技术潜力。根据我们的测算，仅通过材料所高质量p型TOPCon的导入，TBJ和TBC电池有望比当前技术条件下的同类电池（假设原总体J₀分别是8.9和6.7 fA/cm²）极限效率分别提升约0.42%和0.25%。此外，如果导入材料所的其它先进技术^{[3, 4]}，预计还能获得更多的效率提升。

综上所述，通过对关键技术指标的提升，可有效助力TBJ及TBC等高效电池的提效与产业推广，值得行业关注。我们将在本报告详细探讨电池技术的研究进展及未来发展路径。  

图1 (a) TOPCon、(b) 背结TOPCon、(c) 背接触TOPCon电池结构图 

图1 (a) 背结TOPCon、(b) 背接触TOPCon电池性能理论模拟及提升 

参考文献：

[1] Richter A, Müller R, Benick J, et al. Design rules for high-efficiency both-sides-contacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses [J]. Nat Energy, 2021, 6(4): 429-38.

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