2020年TOPCon电池技术难点及发展方向分析-2020.7-53页_6mb

TOPCON电池技术分析总结

核心内容

TOPCON（Tunnel Oxide Passivated Contact）是一种新型的钝化接触太阳能电池技术，由德国Fraunhofer太阳能研究所于2013年在欧洲PVSEC光伏大会上首次提出。该技术通过在硅片背面沉积一层超薄隧穿氧化层（SiO₂）和掺杂多晶硅（poly-Si）来实现表面钝化，从而提升电池效率。TOPCON技术具有高效率、高可靠性、高兼容性、低成本等优势，被认为是高效光伏技术发展的重要方向。

主要观点

1. 技术原理：

   • TOPCON通过隧穿氧化层和多晶硅层的结合，实现对硅表面的钝化。
   • 隧穿氧化层允许多数载流子隧穿通过，而阻止少数载流子通过，从而降低界面复合速率。
   • 钝化接触的质量由S10参数定义，S10值越高，电池效率越高。

2. 最高效率：

   • TOPCON电池的最高效率达到了25.7%，由Fraunhofer ISE CalLab独立验证。
   • 该效率基于良好的界面钝化和载流子隧穿效应。

3. 技术难点：

   • 隧穿层制备：超薄氧化层的均匀性和厚度控制是关键，过厚会导致钝化效果变差。
   • 多晶硅沉积：LPCVD和PECVD是两种主要沉积方式，各有优劣，如PECVD生长速率快但均匀性较差，LPCVD沉积速率慢但均匀性较好。
   • 硼扩散：高温工艺对石英材料有腐蚀性，需注意设备维护，同时存在BRL（富硼层）去除问题。
   • BRL去除：常见的去除方法包括直接氧化法、HF-LTO-HF法和化学腐蚀法，以确保良好的钝化效果。
   • 烧穿问题：金属浆料在高温下可能引起多晶硅层的烧穿，影响钝化效果。
   • 湿法刻蚀：用于形成绒面和去除绕镀，需注意添加剂和清洗工艺。

4. 技术发展：

   • TOPCON技术的发展方向包括：稳定超薄隧穿层、均匀致密的poly-Si层、无损SE（发射极）技术、正面poly结构的导入、金属化技术的进步以及新材料结构的应用。
   • 提效路线包括硼扩SE、POLO结构、与IBC（背接触）技术的结合等。

关键信息

电池结构

• 1. 金属栅线
• 2. p+ 发射极
• 3. 钝化薄膜
• 4. 减反射膜（SiNx）
• 5. 超薄隧穿氧化层（SiO₂）
• 6. 金属化
• 7. 磷掺杂多晶硅层

工艺步骤

• 制绒
• 硼扩散
• 刻蚀（BSG+背抛、酸抛等）
• 隧穿氧化层沉积
• 多晶硅沉积与掺杂
• 去除绕镀
• 镀膜（如ALD）
• 丝网烧结
• 测试分选

钝化层材料与工艺

• 隧穿层：SiO₂（厚度1-2 nm）
• 多晶硅层：掺杂（n+）或未掺杂（upoly）
• 沉积方式：LPCVD、PECVD、APCVD、PEALD、PVD等
• 掺杂方式：原位掺杂（Dpoly）或扩散后掺杂（Upoly）

技术挑战

• 隧穿层的均匀性与厚度控制
• 多晶硅层的生长速率与均匀性
• 高温工艺对石英材料的腐蚀
• BRL去除工艺的复杂性
• 金属化工艺中可能出现的烧穿问题

技术优势

• 高效率（25.7%）
• 高兼容性（可兼容P型和N型硅片）
• 高可靠性（成熟工艺）
• 高发电量（因高效率）
• 成本效益（相比HJT等技术）

技术发展方向

1. 硼扩SE（发射极）：通过激光掺杂或分步激光SE实现高效SE，提升电池性能。
2. POLO结构：通过引入TCO（透明导电氧化物）层，减薄多晶硅层，减少自吸收。
3. 与IBC结合：实现背接触结构，提高电池效率和可靠性。
4. 效率提升：通过优化钝化层和金属化工艺，进一步提升TOPCON电池的极限效率。

设备选型

主要设备厂家

• LPCVD：Centrotherm、SEMCO、Tempress、Laplace
• PECVD：Meyer Burger、Micro Leader
• 其他：JJC、CT/TP、凯斯通、北方华创、时创、迈为、BCN、微导、理想、红太阳、瑞纳、拉普拉斯、普乐等

电池技术对比

结论

TOPCON电池技术因其高效率、高兼容性、高可靠性等优势，成为高效光伏技术的重要发展方向。虽然在隧穿层制备、多晶硅沉积、BRL去除和金属化工艺等方面存在技术难点，但通过不断优化工艺和设备，TOPCON技术已具备大规模生产的条件。未来，TOPCON技术将与IBC等技术结合，进一步提升电池性能，推动光伏产业向更高效率和更低生产成本发展。