TOPCon 是 Thin Oxide Passivated Contact(隧穿氧化層鈍化接觸)的縮寫,該類電池屬于鈍化接觸型電池。PERC 電池由于金屬電極與硅襯底直接接觸,產生大量的少子復合中心,對效率產生負面影響。因此,有學者在電池設計方案中提出用薄膜將金屬與硅襯底隔離的方案,經過多年的探索,目前 TOPCon 結構已基本穩定。如下圖 TOPCon 電池結構所示,在金屬電極接觸區域,制備一層超薄隧穿氧化層和高摻雜的多晶硅薄膜,形成鈍化接觸結構,超薄氧化層可以使多子電子隧穿進入多晶硅層同時阻擋少子空穴復合,進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合電流,提升了電池的開路電壓和短路電流。現 TOPCon 的典型結構主要有以下特征:1)正表面織構化;2)正表面鈍化膜采用 AlOx/SiNx 復合膜;3)前表面電極可以采用 5 主柵、12 主柵、無主柵;4)背表面拋光;5)背表面采用 2nm 的 SiO2 鈍化膜;6)SiO2 鈍化膜外側沉積一層 n+多晶硅;7)多晶硅采用 SiNx 鈍化;8)背電極采用銀柵線,主柵同正面。
TOPCon 轉化效率上限高,發展空間大。ISFH 在 2019 年 SiliconPV 的報告會上基于載流子選擇性的概念從理論上對不同結構太陽能電池的理論效率極限做了細致分析,結論是鈍化接觸電池(例如 TOPCon 電池)具有更加高的效率極限(28.2%~28.7%),高于 HIT 的 27.5%極限效率,同時也遠遠高于 PERC 電池(24.5%),最接近晶體硅太陽能電池理論極限效率(29.43%)。在近兩年的推廣中,TOPCon 不斷刷新量產效率,2021 年晶科 TOPCon 電池效率達 24.9%。除了在效率端擁有更大的空間,在產業化上,TOPCon 更大的吸引力在于,可基于現有 PERC 產線升級改造實現。
PREC 轉換效率瓶頸顯現,龐大產能存隱憂。PERC 電池效率極限在 24.5%,市場對 PERC 電池的效率挖掘逐步進入瓶頸期,2019 年隆基已可將 PERC 電池效率提升至 24.06%,市場對 PERC 也顯現出“效率焦慮”,因此近年對新技術的探討也是越來越火熱,并已有電池企業將停止 PERC 產能新建,轉而加速新電池技術布局。面對被新技術顛覆的可能性,PERC 的優勢在于不斷降低成本顯示出性價比進行防守,但效率端的短板將成為制約 PERC 走得更遠的最大障礙。2020 年 10 家頭部電池企業的 PERC 產能便已 143GW,未來隨著新電池技術的崛起,如 PERC 在效率和成本端均被顛覆,該些龐大的電池設備資產均存在轉為沉沒成本的風險。而在未來的幾項高效電池技術 HJT、IBC 和 TOPCon 中, TOPCon 與現有 PERC 電池產線兼容,可實現從現有 PERC 技術升級為 TOPCon,具備巨大發展潛力。