电子发烧友App
Topcon是“隧道氧化物钝化接触”的缩写，是一种更先进的N型硅电池技术。这个概念最早是由德国太阳能研究机构Fraunhofer ISE于2014年提出的。直到 2019 年，该技术才得以扩展。截至2022年1月，全球最大的太阳能电池板制造商尚德、天合光能、晶澳太阳能和隆基太阳能现已使用该技术实现效率超过22%的太阳能电池板。
PERC电池技术
在PERC（钝化发射极和后电池或钝化发射极和后接触）soalr电池中，在电池后部添加了介电钝化层，以捕获更多的阳光并将其转化为电能，目的是提高效率。
PERC技术有两种不同的类型，n型和p型PERC电池。p型和n型太阳能电池之间的主要区别在于电子数。在p型电池中，硅晶片掺杂了硼，硼是一种比硅少一个电子的元素。这使得电池带正电。在n型中，电池掺杂有磷，磷比硅多一个电子，使电池带负电。
N型电池返回的效率值高于p型电池。它们也不像它们的p型细胞那样受到光诱导降解的影响。
Topcon：超越PERC电池技术
到2019年，在太阳能行业广泛采用三年后，在澳大利亚科学家马丁格林于1983年发明三十多年后，PERC太阳能电池技术已成为主导的太阳能电池技术。2019年，PERC太阳能电池占据了65%的市场份额。在短短一年内，它已将更传统的背表面场（BSF）太阳能电池技术在全球的份额从2017年的83%削减至略低于32%。
经过多年不断研发优化技术的努力，PERC的效率提升潜力现在似乎已经耗尽。制造商的理论上限为24.5%，达到科学研究对PERC电池效率的理论上限，为23%。该技术的进一步优化现在似乎难以捉摸，自 2021 年以来，制造商一直在寻求超越它：
n-PERT （钝化发射器后部完全扩散）；异质结 （HJT）；指指背触点 （IBC）；n-Topcon 等等
在Topcon电池中，在背面添加了隧道氧化层和固有多晶硅层。正面由钝化和减反射层的介电堆栈钝化。目前，主流工艺通过热氧化生长1.5-2cm的隧道氧化层，而通过称为LPCVD的化学沉积工艺添加150-200nm的固有多晶硅层沉积物，然后通过磷扩散掺杂电池。
Topcon电池的优势
更高的效率上限：
在PERC电池之外，除了TOPCon和异质结、n-PERT和IBC之外的其他选择，由于其制造成本高、程序复杂且效率潜力有限，因此没有那么有吸引力。
TOPCon太阳能电池的理论效率上限由该领域的科学研究设定为28.2%-28.7%。这超过了异质结的27.5%，远高于PERC电池的24.5%。它接近所有晶体硅基太阳能电池的理论极限，为29.43%。
适应性强的制造工艺：
TOPCon只是在已经存在且成熟的PERC制造工艺和生产线上增加了一层额外的工艺。这种兼容性意味着TOPCon太阳能电池可以从现有的PERC / PERT生产线轻松升级，而成本略有增加。虽然它与与现有的PERC制造工艺完全不兼容并且需要一条全新的生产线的简单异质结制造工艺相比不是很好，但它确实与更复杂的IBC电池技术相比更好。
与PERC / PERT太阳能电池相比，TopCon太阳能电池代表了一种升级且更高效的技术，具有高度相似的结构。
背景介绍
众所周知,硅基光伏电池的种类分为以P型硅为衬底材料以及以N型硅为衬底材料两种,其中,P型电池制作工艺相对简单，成本较低。它又分BSF电池和PERC电池,PERC电池采用了钝化膜来钝化背面，取代了传统的全铝背场，增强光线在硅基的内背反射，降低了背面的复合速率，从而使电池的效率提升0.5%-1%。目前P型单晶硅PERC电池理论转换效率极限为24.5%。
另一种N型电池转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命长；它的代表性电池有TOPCon电池、HJT电池、IBC电池；TOPCon电池核心技术是背面钝化接触，能量极限转换效率大概在28.7%左右；HJT电池目前量产效率普遍已在24%以上，HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。
IBC电池采用交叉指式背接触电池技术，但IBC电池制程工艺复杂、成本较高，目前尚未产业化。
TopCon电池结构
TopCon太阳能电池技术具有与PERC太阳能电池相似的结构和制造工艺，只需几个额外的步骤。
TopCon太阳能电池可以制造为n型或p型太阳能电池，但n型变化已被证明更有效且耐杂质。由于TopCon太阳能电池是PERC / PERT太阳能电池的升级版，因此了解这项新技术的结构非常重要。
PERT太阳能电池采用n型晶体硅（c-Si）块状层制造，因为它具有更高的表面质量，并且与p发射极层耦合以产生p-n结。发射极层覆盖有氧化铝（Al+2O3）钝化层，顶部涂有氮化硅（SiNx）涂层，以增强其抗反射性能。PERC太阳能电池用p型体层和用于p-n结的n发射器取代吸收层。区域的下部掺杂磷以产生后表面场，然后涂覆类似于电池顶部的SiNx。太阳能电池的顶部和底部都装有银（Ag）或铝（Al）触点，以便在制造PERC / PERT太阳能电池板时将电池连接到负载或其他电池时闭合电路。
跟现有PERC相比，TopCon的核心结构是超薄的二氧化硅层，利用量子隧穿效应，既能让电子顺利通过，又可以阻止空穴的复合。
TopCon的核心技术隧穿钝化的作用:
（1） 全面积钝化表面使得无硅/金属接触界面，有利于提升开路电压Voc，而全面积地收集载流子，降低寿命敏感度，有利于提升填充因子FF;
（2）阻挡少子通过同时使多子无障碍的轻松通过，因此可以减少复合;
（3）结构中的钝化层可以抑制硅片表面的载流子复合，提高硅片的少子寿命和电池的开路电压，载流子选择收集钝化接触结构可以被应用到电池的全表面，而无需开孔形成局部钝化接触，这不仅简化了制造工艺同时载流子只需进行一维方向的输运而无需另外的横向传输，因而可以获得更高的填充因子。
制造工艺
TOPCon太阳能电池技术最好的一点是，制造工艺与PERT太阳能电池非常相似，制造商只需进行少量投资即可升级其现有生产线。大多数制造设备可以保持不变。这使得TOPCon太阳能电池成为市场上已有的PERC / PERT光伏组件制造商的绝佳投资。
1、制造TOPCon太阳能电池的第一步是通过使用氢氧化钾（KOH）去除c-Si晶片切割过程中的锯损伤来化学纹理化晶圆表面。
2、清洁晶圆后，使用扩散法通过施加三溴化硼（BBr）在电池正面形成，但随后通过施加硝酸和氢氟酸（HF/HNO）去除背面，并通过湿化学浸渍产生超薄氧化层。
3、为了生长nPoly-Si层，通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺生长磷掺杂的非晶硅（n-a-Si：H）层。然后在900ºC退火后将其转化为nPoly-Si层。+ +
4、进一步清洁太阳能电池，并通过PECVD施加钝化和涂层。
5、最后，通过丝网印刷将银/铝触点涂覆为金属化，使用最高温度为760ºC的快速烧制方法进行金属化。
制造TOPCon太阳能电池后，进行I-V太阳能电池曲线表征以评估其性能。
工艺流程图
TopCon太阳能电池技术具有与PERC太阳能电池相似的结构和制造工艺，只需几个额外的步骤，我们可以了解他的一个工艺流程。
清洗制绒
清洗目的：
1、去除硅片表面的有机物脏污及金属杂质；
3、形成起伏不平的绒面，其作用为：a.利用陷光效应，增加硅片对太阳光的吸收；4、降低反射率；同时增加硅片表面积，进而P-N结面积也同样增加。
硼扩散工序
目的:制备PN 结
在N型硅片（掺磷）上扩散P型元素（硼）形成P-N结（即空间电荷区） ，在正面形成P+层，背面形成N+层。
原理:
在一定的浓度、温度、压力及时间下，硼源（BBr3或BCl3）在管式炉中汽化后，经过一系列化学反应在硅片表面进行沉积，获得合适的掺杂浓度、结深及方阻；
总反应：
碱抛光
目的：去除硅片边缘的PN结和去除PSG
硅片在扩散过程中，硅片边缘扩散上了磷，边缘形成PN结，载流子会通过边缘造成电池片短路，并且在扩散过程中，会形成一层含磷的玻璃体，俗称PSG，对载流子俘获能力极强，需要被去除。
LPCVD（低压化学气相沉积）
目的：
在硅片背面沉积一层超薄氧化层提供良好的界面钝化，同时提供不同载流子隧穿势垒;
氧化层上沉积一层非晶硅，增加电子的迁移速率同时抑制空穴的迁移速率；
非晶硅与金属接触，起到电子传输桥梁的作用。
原理：
用加热的方式，在低压条件下使SiH4在硅片表面反应并沉积成固体薄膜。
氧化层沉积：高温通氧气，氧气和硅反应生产氧化硅；
反应方程式 ：O2+Si→SiOx
非晶硅沉积：高温通硅烷，硅烷热分解成硅和氢气；反应方程式：SiH4（气）=Si（固）+H2
磷扩
目的：对poly层进行磷掺杂
原理:
氧气的存在下，POCl3在高温下分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5）,反应式：
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子,反应式：
正面刻蚀
工艺流程：
正刻槽（加水膜）→水洗→碱洗→水洗→ 酸洗→水洗→烘干
正刻槽作用：
主要通过HF+HNO3的混合溶液，对硅片正面和边缘进行刻蚀，以达到去除正面及边缘BSG的作用。
碱洗槽作用：
主要用来中和正刻槽残留的酸液，并去除正刻槽反应生成的多孔硅。
酸洗槽作用：
去除氧化层，使硅片表面疏水。
槽体及功能
ALD（原子层沉积技术）
通过时间或空间间隔，使衬底交替暴露于不同的反应前驱体氛围中，当衬底处于前驱体A的氛围中时，前驱体A通过化学吸附保持在衬底表面，前驱体A吸附饱和后达到稳定状态，不会再进行进一步化学吸附。当基底暴露于前驱体B氛围时，前驱体B就会与已吸附于基底表面的前驱体A发生反应。两个前驱体之间会发生反应并产生相应的副产物，直到表面的第一前驱体完全消耗， 反应会自动停止并形成需要的原子层。
正背膜
硅片表面形成一层Si3N4薄膜，既可作为减反射膜，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;又因其结构致密保证硅片不被氧化；
硅片置于阴极上，利用辉光放电使硅片升温到预定的温度，然后通入适量的SiH4和NH3气体，经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态Si3N4薄膜；
金属化
工艺流程
背面印主栅→烘箱→背面印副栅→烘箱→正面印主栅→烘箱→正面印副栅→烧结炉→高温退火炉→测试；
其中正、背面印刷均采用分步印刷方式，印刷流程图示如下：
烧结目的
干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。
把电极烧结在PN结上,高温烧结可以使电极穿透氮化硅膜，形成合金。
正面主栅不烧穿氮化硅，减少金属对氮化硅层破坏，提高开压。
银的熔点960.7℃，Ag-Si共熔点为 600~800℃
编辑：黄飞
工商网监
评论