什么是TOPCon电池
TOPCON(Tunnel Oxide Passivating Contact）中文名为隧穿氧化层钝化接触，是一种发源于2013年的先进N型硅片电池技术。TOPCon电池是以N型硅作为衬底的隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
中润光能182单晶TOPCon电池片
与PERC电池相比，TOPCon电池采用了具有优异电荷传输特性的隧道氧化物（tunnel oxide）作为电池背面的电荷传输层，再沉积一层20nm左右的掺杂多晶硅薄层，形成背面钝化接触结构，可有效降低表面复合和金属接触复合，提高开压，提高能量转化效率。
TOPCon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池技术，实现更为良好的钝化效果。
TOPCon电池结构为N型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，为N-PERT电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。
TOPCon电池最大程度保留和利用现有传统P型电池设备制程，只需增加硼扩和薄膜沉积设备，无须背面开孔和对准，极大的简化了电池生产工艺，量产化难度低。工艺设备产线兼容性高，可与PERC、N-PERT双面电池的高温制备工艺产线相兼容。
TOPCon电池拥有低衰减、高双面率、低温度系数等优点，在终端电站的发电增益效果明显。
TOPCon电池的发展阶段
TOPCon电池的发展历程可以分为技术雏形期、产品布局期、商业推广期、爆发期四个阶段。
TOPCon电池的优势
从性能层面来说，TOPCon具备以下优势：
1、转换效率高。得益于TOPCon电池独特的钝化接触设计，其转换效率极限高达28.7%，而目前TOPCon领先企业的电池量产效率已达到25.5%以上，相比主流PERC电池（目前量产转化效率23.5%，理论极限24.5%）有显著的提升。
2、高双面率。TOPCon双面电池单瓦发电量高出双面PERC电池约3%以上。在同样的地面电站应用场景下,会产生更高的发电量增益。
3、低温度系数。N型TOPCon组件的温度系数低至-0.30%/℃，优于P型组件的-0.35%/℃，在高温环境下发电性能表现出优异的稳定性。
4、低衰减。掺磷的N型晶体硅中硼含量极低，基本上无硼氧复合，衰减率具有优势。爱康TOPCon组件首年衰减为1%，线性年度衰减为0.4%，相比 PERC 组件首年 2%、线性0.45%有大幅提升，可带来全生命周期单瓦组件发电量增益。
5、弱光表现优势。TOPCon电池同时兼顾对短波和长度的响应度，在早晚及阴天等弱光下发电能力表现依然优异。
从经济层面来说，TOPCon具备以下优势：
1、与PERC电池制造工艺高度兼容，技术升级难度降低。TOPCon可在PERC工艺技术上进行延伸，只需要新增硼发射极的制备、生长隧穿氧化层、沉积多晶硅并对其进行掺杂、扩散后的清洗等四道工序，降低了技术升级的难度，加速了TOPCon技术的推广。
2、产线平滑转换，设备投资成本低。新建TOPCon新线设备投资需2.0-2.5亿元，HJT新线为3.5-4.0亿元。而TOPCon与存量PERC产线具有较好的设备兼容性，只需新增硼扩散及多晶硅/非晶硅沉积的LPCVD / PECVD / PVD设备，设备投资额在0.5-0.7亿元，避免了新设备的大规模投入和产线的大面积改造，因此经济性较高。
3、TOPCon产品有很大的溢价空间。TOPCon组件相较PERC组件具有更高的单瓦发电量、更高的发电增益和更低的系统成本，因此带来了较大的溢价空间。
TOPCon电池工艺
相比于单晶PERC工序，TOPCon电池生产工序要多出2~3个步骤，分别是沉积隧穿氧化层（超薄SiO2，1~2nm）、沉积本征多晶硅钝化层（60~100nm）、磷注入。
PERC和TOPCon常规工艺对比
TOPCon主要工序及作用
1. 清洗制绒
目的：硅片切割后其边缘有损伤，硅的晶格结构被破坏、表面复合严重，清洗制绒主要目的在于去除表面损伤并形成表面金字塔陷光结构、光线照射在硅片表面通过多次折射，达到减少反射率的目的。
2. 硼扩散工序
①目的：主要作用是制备 PN 结，由于硼在硅中的固溶度低，因此需要高温和更长的时间进行扩散。同时，扩散源的选择对生产过程也会有影响，氯化物腐蚀性较强，溴化物黏性大，清洗过程繁琐、增加运维费用。
扩散工艺示意图
硼扩散通常在较高的温度下完成-超出1000℃，并且和磷扩散所需的102min的循环周期相比，硼扩散的循环时间为150min。
②原理
扩散工艺化学反应
在炉管内反应生成的气态HCl和H2O会在N2的携带下在炉管内均匀分布，H2O还会与BBr3和O2反应生成B2O3反应生成气态的HBO2，HBO2在高温下也会发生分解，生成B2O3，可以实现B2O3在太阳能电池片表面上的均匀分布；另一方面，H2O还会与炉管内沉积的B2O3发生反应，这样即避免了B2O3在扩散炉管壁的沉积，延长了石英器件的使用寿命，同时增加有效的硼源；HCl还可以与太阳能电池片表面及炉管内的金属杂质反应，生成气态的金属氯化物，随尾气排出，可以避免金属杂质在高温过程中扩散入太阳能电池片内部。
3. SE激光掺杂工序
①目的：形成选择发射极，主要是在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂，减少前金属电极与硅片的接触电阻；而在电极以外的区域进行低浓度掺杂，可以降低扩散层的复合。通过对发射极的优化，增加太阳能电池的输出电流和电压，从而增加光电转化效率。
TOPCon+SE电池结构
②激光在TOPCon流程的所在工序
PERC SE是掺磷，而TOPCon SE是掺硼，由于硼和磷的分离系数不同，磷更容易从二氧化硅向硅中扩散，而硼更容易从硅从二氧化硅中扩散，需要更大的能量才能推进掺杂，而激光能量过大又易造成硅片损伤，因此将硼掺杂进硅的难度更高。相比于传统的硼扩散，TOPCon电池叠加SE技术理论上可以实现效率提升0.5%，而在实际量产中可以实现效率提升0.2~0.4%。
4. 刻蚀工序
目的：刻蚀的主要作用为去除 BSG 和背结。扩散过程会在硅片表面及周边均形成扩散层，周边扩散层容易形成短路，表面扩散层影响后续钝化，因此需要去除。目前刻蚀主要采用湿法，先在链式设备中去除背面与周边扩散层，之后处理正面。
5. 制备隧穿氧化层与多晶硅层
目的：背面沉积 1-2nm 隧穿氧化层，之后沉积 60-100nm 多晶硅层形成钝化结构。TOPCon 钝化层制备方式较多，主要分为 LPCVD、PECVD、PVD 路线等，目前以 LPCVD 为主，但绕镀严重，PECVD综合性能具备较强潜力。
6. 制备背面减反射膜
目的：在电池背面制备减反射钝化膜层增加对光的吸收，同时，在 SiNx 薄膜形成过程中产生的氢原子对硅片具有钝化作用。
7. 正面镀氧化铝
目的：在硅片正面沉积一层氧化铝膜层，与其他膜层共同形成正面钝化作用。
8. 制备正面减反射膜
目的：正面减反膜与背面作用基本相同，此外，正面沉积的氧化铝薄膜非常薄，容易在后续电池组件的制作中被破坏，正面 SiNx 对氧化铝也具有保护作用。
9. 丝网印刷-激光转印
目前在电池印刷环节，大多还是采用的是丝网印刷。未来在N型电池的银浆耗量方向上，激光图形转印技术（Pattern Transfer Printing）可能更有优势。激光转印是一种新型的非接触式的印刷技术，该技术是在特定柔性透光材料上涂覆所需浆料，采用高功率激光束高速图形化扫描，将浆料从柔性透光材料上转移至电池表面，形成栅线，制备前后电极。
10. 烧结
通过高温烧结形成良好的欧姆接触。
11. 自动分选
对不同转换效率的电池片进行分档。
TOPCon电池的企业布局
据光伏头条（微信号：PV-2005）统计，2023年投扩产的电池项目之中，TOPCon电池项目总计80个，合计容量787.2GW，占比达到41%；HJT电池项目51个，规模302.2GW，占比16%；以隆基绿能、爱旭为代表的BC电池项目6个，合计规模139.5GW，占比7%；钙钛矿电池项目13个，容量30.31GW，占比为1%。其余项目虽未明确技术路线，但多为N型技术。
来源：光伏头条（微信号：PV-2005）
从签约项目的技术类别来看，2023年，签约的光伏电池项目，有38个TOPCon电池项目，合计规模431GW，占比为33%；27个HJT电池项目，合计容量179.2GW，占比为14%；采用BC技术的电池项目规模110.5GW，占比为9%；钙钛矿电池项目规模总计21.31GW，占比为2%；其余项目则未明确技术路线。
来源：光伏头条（微信号：PV-2005）
根据InfoLink Consulting8月公布的数据，2024年上半年中润光能、捷泰科技、通威股份、爱旭股份与英发睿能五大电池片供应商的总出货量为77.96GW，其中，PERC电池片累计出货约37.3GW；TOPCon电池片则加速超车，累计出货约40.6GW，占总出货量近52%。
1、中润光能
作为光伏行业的领军企业之一，中润光能一直致力于提供高效、可靠的光伏产品。除了深耕国内市场，公司还积极布局海外市场，率先同行在老挝设厂并实现投产放量。
中润光能老挝基地图片来源：中润光能
图片来源：中润光能
2、捷泰科技
2024年上半年，捷泰科技电池产品出货量累计19.21GW，N型出货16.43GW，占比高达85.5%。公司凭借在TOPCon电池研发制造上的精耕细作和创新突破，实现了稳定出货，成为全球光伏市场的领跑者。
图片来源：捷泰科技
随着国际市场对高效TOPCon电池需求的激增，捷泰科技不仅赢得了订单的坚实支撑，更实现了海外销售占比从4.69%到11.62%的跨越式增长，进一步加速海外市场渗透。同时，公司近日正式官宣阿曼年产5GW高效电池生产基地项目，彰显了公司在全球舞台上的强劲发展势头。
3、通威股份
作为全球太阳能电池出货量最大的企业，目前通威已形成太阳能电池95GW。
截至2023年底，通威生产的太阳能光伏电池全球累计出货量突破200GW，意味着可生产清洁能源电力约2774亿度电，能满足16430.2万户城乡家庭一年用电需求；减少二氧化碳排放量约1.82亿吨，相当于种植森林约997231公顷，植树18.2亿棵。
通威太阳能科技盐城基地图片来源：通威集团
4、爱旭股份
3月18日，爱旭股份宣布与安徽省滁州市全椒县人民政府签署投资合作协议， 拟投资60亿元在滁州建设一期15GW N型TOPCon高效晶硅太阳能电池项目。这标志着爱旭电池业务将正式由PERC升级迭代为TOPCon，随着下半年项目陆续投产，公司将以高效率高品质的TOPCon电池，满足客户对于N型电池产品的需求。
本次电池业务升级，是公司谋定而后动的战略举措，通过投资滁州基地，以最快速度将更成熟的TOPCon电池技术推向市场，进一步巩固爱旭在电池业务上的领先地位。
TOPCon电池的未来发展趋势
2023年，n型TOPCon电池平均转换效率达到25.0%，异质结电池平均转换效率达到25.2%，两者较2022年均有较大提升。
2023年，新投产的量产产线以n型电池片产线为主。随着n型电池片产能陆续释放，PERC电池片市场占比被压缩至73.0%。n型电池片占比合计达到约26.5%，其中n型TOPCon电池片市场占比约23.0%，异质结电池片市场占比约2.6%，XBC电池片市场占比约0.9%，相较2022年都有大幅提升。
2023-2030 年不同电池技术路线市场占比变化趋势
来源：中国光伏行业协会
2024年，以TOPCon为代表的N型电池份额将全面超过P型PERC，业内预计份额将达到70%。
内容资料参考来源：能课堂、中国光伏行业协会CPIA、中润光能、捷泰科技、
通威股份、爱旭股份、爱康新能源、东亚前海证券、顺风光电等
