一、光伏電池分類介紹及產(chǎn)業(yè)鏈：
從光伏電池技術(shù)性能對比來看，過去10年技術(shù)變革使光伏成為成本最低的可再生能源之一：
單晶替代多晶，Perc替代BSF是過去光伏降本增效的重要原動力；
目前P-PERC電池仍是主流的高效電池技術(shù)，但由于其提效潛力有限，其他電池路線逐漸進入人們視野,其中量產(chǎn)希望較大的是TOPcon和HIT技術(shù)。
光伏電池片環(huán)節(jié)屬于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游，上游是單多晶硅片，下游是組件；
電池片環(huán)節(jié)是將硅片進行加工處理得到具有發(fā)電能力的電池產(chǎn)品，光伏產(chǎn)業(yè)鏈從電池片開始產(chǎn)品才具備發(fā)電能力；
由于單片電池的電壓較低和封裝上的考慮，一般將60片或者72片電池通過焊帶、玻璃、背板等輔材封裝組合成組件，構(gòu)成一個發(fā)電的單元；
對于電池片來說，產(chǎn)品發(fā)電能力（單片功率/光電轉(zhuǎn)換效率）和成本是企業(yè)競爭的關(guān)鍵所在。
近期各國均將可再生能源發(fā)展上升到戰(zhàn)略高度，對氣候變化重視程度迅速提升。
中國、德國、印度等大國均提出碳排放目標(biāo)，強調(diào)將提升可再生能源發(fā)電占比，引領(lǐng)全球走向“碳中和”目標(biāo)；
截至2019年，光伏發(fā)電量全球占比2.7%，相較于煤電的36.4%。
天然氣的23.3%仍有較大差距，相較于其他能源，光伏行業(yè)內(nèi)生降本能力強，十年間度電成本下降87%，預(yù)計未來光伏發(fā)電占比將大幅提升；
從產(chǎn)量規(guī)模來看，我國光伏電池產(chǎn)量持續(xù)增長，2015-2019年光伏電池產(chǎn)量從5863GW增長到12862.1GW，隨著我國對光伏產(chǎn)業(yè)政策的利好，預(yù)計2020年我國光伏電池產(chǎn)量將達到18135.6GW。
目前來看，PERC電池憑借性價比高，量產(chǎn)技術(shù)成熟和與現(xiàn)有產(chǎn)能兼容性高的優(yōu)勢，仍然是各家產(chǎn)線升級的主戰(zhàn)場；未來一兩年內(nèi)，依靠SE、Topcon、雙面等與現(xiàn)有產(chǎn)線兼容性高的方案加入，基于TOPCon電池產(chǎn)線的優(yōu)化仍有的提效空間；
工藝設(shè)備優(yōu)化帶來的成本下降后吸引新一輪的電池廠商進行產(chǎn)線改造升級，最后實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的普及；
長期來看，TOPCon電池的想象空間比較大：無論是效率還是成本，目前TOPCon還有非常大的提升空間，TOPCon電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵還是在于成本側(cè)，一旦設(shè)備和關(guān)鍵輔材的國產(chǎn)化有一定突破，N型薄硅片供應(yīng)跟上的話，對現(xiàn)有的電池片行業(yè)格局是巨大沖擊，新建產(chǎn)能的競爭力會變得很強，行業(yè)的后發(fā)優(yōu)勢凸顯。
1、與Perc兼容設(shè)備成本低，新結(jié)構(gòu)打開增效空間：
提高光電轉(zhuǎn)換效率是永恒命題，TOPCOn是現(xiàn)階段P型轉(zhuǎn)N型主力軍；TOPCon為N型電池的技術(shù)路線之一，憑借明顯的優(yōu)勢有望替代P型電池成為新一代電池技術(shù)。
目前光伏行業(yè)主流為P型電池（PERC技術(shù)為主），其制造工藝簡單、成本更低；
相比傳統(tǒng)的P型電池，N型電池具有轉(zhuǎn)換效率高、雙面率高、溫度系數(shù)低、幾乎無光衰、弱光效應(yīng)好等優(yōu)點，但制造工藝復(fù)雜、成本更高，被行業(yè)普遍認為是下一代的電池技術(shù)；
因此TOPCon電池技術(shù)為N型電池主流技術(shù)路線之一；
N型半導(dǎo)體多數(shù)載流子是電子，電子有效質(zhì)量更低，遷移速率高。
在相同導(dǎo)電能力情況下，N型雜質(zhì)少，因此少數(shù)載流子壽命更高，能夠直接影響開路電壓和短路電流，因此擁有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。
2、鈍化接觸結(jié)構(gòu)降低復(fù)合損耗，打開增效空間：
TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸太陽能電池技術(shù)，是N型硅襯底電池；
TOPCon電池的概念由德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer-ISE）于2013年提出；
在TOPCon電池的背面制備一層1～2nm的超薄氧化硅（隧穿氧化層），然后再沉積一層20nm左右的摻雜多晶硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)作為電池背面鈍化層，有效降低表面復(fù)合和界面復(fù)合，提高開壓，為電池的轉(zhuǎn)換效率進一步提升提供了更大的空間。
3、具有與Perc產(chǎn)線的兼容性，助力TOPCon引領(lǐng)P轉(zhuǎn)N型：
在P型電池的工藝基礎(chǔ)上，TOPCon電池將磷擴散改為硼擴散，增加了隧穿層及Poly層的制備步驟，取消的工序是激光開槽。
TOPCon電池的設(shè)備基本延續(xù)了PERC產(chǎn)線的基本配置，是基于PERC電池的升級。
1）將磷擴散改為硼擴散：P型PERC電池采取的是磷擴散工藝，而N型TOPCon電池采取的是硼擴散；?
2）增加了氧化和沉積多晶硅：增加隧穿氧化層的制備，沉積摻雜n+非晶硅或微晶硅層，再經(jīng)過退火得到多晶硅；
TOPCon與Perc結(jié)構(gòu)上的不同點在于隧穿氧化層、Poly層；氧化層為厚度1～2nm的SiOx。
通常SiOx作為絕緣層出現(xiàn)在半導(dǎo)體器件中，但由于SiOx介電層非常薄，不會阻礙多子的傳輸?shù)珪璧K少子達到界面；
多子通過隧穿原理實現(xiàn)輸運，少子則由于重摻雜Poly－Si和Si之間的勢壘難以通過該氧化層，因此可以顯著降低界面復(fù)合；
隧穿氧化層可以通過熱氧化、濕法氧化、等離子輔助氧化等方法形成。
（1）Poly層能夠?qū)Τ⊙趸瘜悠鸨Ｗo作用，避免其遭到破壞。當(dāng)前主流的制備方式有LPCVD、PECVD等工藝。
（2）此外還有PEALD、APCVD及PVD等其他工藝路線并存。
*LPCVD：是當(dāng)前最主流的工藝，工藝成熟、控制簡單但成膜速率慢。
*LPCVD工藝的原理是將一種或數(shù)種氣態(tài)物質(zhì)，在較低的壓力下，用熱能激活，使其發(fā)生熱分解或化學(xué)反應(yīng)，沉積在襯底表面形成所需的薄膜；
該路線的工藝成熟、控制簡單容易、厚度均勻性好、致密度高，但成膜速率慢，石英器件沉積嚴重。
*PECVD膜層致密度不高是痛點，PVD路徑成本問題是核心
*PECVD：PECVD的原理是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體，在局部形成等離子體，而等離子體化學(xué)活性很強，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。
*PECVD技術(shù)在薄膜沉積、原位摻雜等方面效率更高，這是該技術(shù)具有潛在競爭優(yōu)勢的主要原因。
*相比LPCVD技術(shù)，PECVD成膜速度快，原則上可實現(xiàn)無繞鍍沉積。
但是缺點是厚度均勻性差、純度低，容易產(chǎn)生氣泡導(dǎo)致膜層致密度不高。
*PVD：PVD的技術(shù)原理是在真空條件下，用物理的方法（真空濺射鍍膜）使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制備技術(shù)；
其優(yōu)點是無繞鍍、冷壁成膜速度快；但設(shè)備的成本較高，靶材用量大，方阻均勻性較差。
當(dāng)前光伏電池的實驗室最高效率已達47.1%，工廠最高效率為29.1%，晶硅電池最高效率為26.7%；
根據(jù)NREL的數(shù)據(jù)，當(dāng)前光伏電池的最高效率是NREL在2020年4月利用六結(jié)太陽能電池創(chuàng)造的47.1%；
光伏制造商到達的最高效率是漢能子公司AltaDevices在2018年12月利用砷化鎵太陽能電池創(chuàng)造的29.1%。
晶硅電池的最高效率是Kaneka在2017年創(chuàng)造的26.7%。
1、單結(jié)晶硅電池片增效路徑明確，著力于降低光學(xué)損失、電學(xué)損失：
光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率是指電池的電荷載流子數(shù)目與照射在電池表面一定能量的光子數(shù)目的比率太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率受到光吸收、載流子輸運、載流子收集的限制；
而導(dǎo)致晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率下降的原因主要來自兩個方面：光學(xué)損失和電學(xué)損失。
（1）電學(xué)損失中影響電池效率的關(guān)鍵因素是金屬-半導(dǎo)體接觸復(fù)合。
（2）TOPCon電池片消除背場表面復(fù)合，有效降低復(fù)合損失。
a.光學(xué)損失，長波長的入射光子能量小于材料的禁帶寬度，導(dǎo)致入射光直接穿過電池—低能量光子損失；
入射光能量遠高于材料的禁帶寬度，超過可吸收范圍的能量無法被利用且會被轉(zhuǎn)化為熱能；
b.電學(xué)損失，電子和空穴穿越P-N結(jié)的復(fù)合損失；
電子和空穴在電極接觸區(qū)的復(fù)合損失；
電子和空穴在襯底內(nèi)/界面處復(fù)合損失；與電極接觸時的電阻過大帶來的損失。
TOPCon與普通的N型電池結(jié)構(gòu)相比，有效降低背場表面復(fù)合損失。
2、降低光學(xué)遮擋及反射損失，降低鈍化區(qū)域的復(fù)合損失和載流子傳輸損失，可以通過降低光學(xué)遮擋以及反射損失來提高轉(zhuǎn)換效率。
1）優(yōu)化絨面結(jié)構(gòu)，采取倒金字塔形式，能擁有更低反射率從而提升。
3）增加一層增透膜，例如MgF2/Sio2增透膜，ISE有采用過類似工藝提高效率，但是成本限制解決方案的應(yīng)用。
4）降低背面的非理想光學(xué)損失，如采用更加薄的n+poly降低自由載流子的吸收，通過改善背面形貌及膜層組合提高背反射降低透射損失。
3、優(yōu)質(zhì)的硅片、激光SE工序有效助力增效：使用更為優(yōu)質(zhì)的硅片，增加SE工藝。
N型電池相比P型電池對硅片的質(zhì)量要求更高，要求更低的電阻率、更低的氧含量、更高的少子壽命。
電阻率方面，阻值在1歐附近，效率會有極值；氧含量方面，TOPCon對硅片氧含量更加敏感，核心就是Topcon是高溫工藝（如B擴散），氧容易沉淀，形成氧環(huán)即同心圓，對效率影響明顯；此外TOPCon對N型硅片金屬雜質(zhì)、碳含量敏感，高溫過程易誘發(fā)缺陷形成暗片。
SE工藝即選擇性發(fā)射極技術(shù)，在電極接觸區(qū)進行高濃度摻雜，在光吸收區(qū)低濃度摻雜，減少發(fā)射機附近接觸電阻。
4、TOPCon非硅與硅片成本同步下降，有望較快實現(xiàn)NP同本
（1）硅片成本，TOPCon相對比Perc能夠做到更薄，當(dāng)前主流Perc電池片厚度在155-160微米之間，TOPCon已實現(xiàn)140微米量產(chǎn)，130微米有望快速導(dǎo)入量產(chǎn)中。
（2）非硅成本，TOPCon設(shè)備折舊成本較Perc高0.006元/瓦，銀漿成本貴0.02-0.03元/瓦，加上能耗、人工、水電等，合計高Perc0.04-0.07元/W。
隨著薄片化進程以及非硅成本的持續(xù)下降，TOPCon有望較快實現(xiàn)與Perc同本。
2）2022、2023單瓦盈利逐季好轉(zhuǎn)，后續(xù)盈利能力有望持續(xù)：
TOPCon產(chǎn)能單瓦溢價較為可觀，效率提升帶來的配套設(shè)施成本下降，衰減率下降帶來的總發(fā)電量提升，更高的雙面率以及更低的溫度系數(shù)等帶來的發(fā)電增益；
隨著電池片環(huán)節(jié)盈利能力的持續(xù)向好以及新技術(shù)溢價的延續(xù)，2023年上半年TOPCon優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能經(jīng)濟性有望進一步凸顯。
五、各大技術(shù)路線對比，TOPCon性價比價高：
當(dāng)前技術(shù)路線選擇上，晶科能源、通威股份、中來股份等公司首先投產(chǎn)了TOPCon，東方日升、寶馨科技等企業(yè)大力擴展HJT產(chǎn)能，隆基綠能根據(jù)自身產(chǎn)能以及對于技術(shù)路線的研發(fā)，獨創(chuàng)HPBC路線承接新老技術(shù)，愛旭股份憑借深耕電池片多能的理解，選擇了ABC技術(shù)，利用ABC電池片打開組件市場。
當(dāng)前TOPCon量產(chǎn)效率最高的是晶科能源，效率已經(jīng)穩(wěn)定在24.8%，且有望快速突破25%，良率能夠提升到98%。
原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：TOPCon新能源光伏電池發(fā)展現(xiàn)狀及工藝技術(shù)研究介紹
