【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)太陽能電池憑借其高效率與規(guī)模化制造優(yōu)勢，已迅速崛起為光伏領(lǐng)域的主流技術(shù)。截至2024年，其市場份額已突破晶硅光伏市場的70%。然而，工業(yè)級TOPCon電池仍面臨幾大關(guān)鍵挑戰(zhàn)：柵線過寬帶了較大的光學遮擋、銀漿消耗量高導致平準化度電成本(LCOE)居高不下，以及傳統(tǒng)背面全面積多晶硅結(jié)構(gòu)所帶來的寄生吸收問題，限制了電池的雙面發(fā)電增益。因此，在提升效率的同時，兼顧成本下降與雙面率優(yōu)化，成為TOPCon技術(shù)進一步發(fā)展的關(guān)鍵。
針對上述瓶頸，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所高效太陽能電池與寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，基于前期在TOPCon電池領(lǐng)域的積累(Nat. Energy,2023,8,1250; Energy Environ. Sci. 2021,14, 6406；Adv. Energy Mater.,2022,2203006; Small,2023,1,2304348; Cell Rep. Phys. Sci. 2021,2,1;Sol. RRL: 2021,5, 2100644; 2023,7,2201082; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2021,223,110970; 2021,230,111229; 2022,238,111586; 2022,240,111713; 2022,243,111803; 2022,250, 112047; 2023,257,112354; 2023,257,112393)，與捷泰新能源科技有限公司合作提出一項可量產(chǎn)的協(xié)同創(chuàng)新方案。該方案通過結(jié)合正面高精度鋼版印刷技術(shù)與背面局部多晶硅接觸結(jié)構(gòu)，在工業(yè)級M10硅片(面積為335 cm2)上取得了顯著突破，實現(xiàn)了認證轉(zhuǎn)換效率高達26.09%的TOPCon電池，同時有效降低了銀漿消耗并顯著提升了雙面率。這一成果標志著TOPCon技術(shù)邁向新階段，為增強其市場競爭力奠定了基礎(chǔ)。
在正面金屬化工藝中，采用高精度鋼版印刷技術(shù)替代傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷，制備出高寬比達58.9%的超窄電極柵線，使得單位功率銀耗降低0.12 mg/W。同時，通過銀漿配方的創(chuàng)新，在銀電極與硅界面形成了致密的納米銀顆粒網(wǎng)絡(luò)，將接觸電阻率大幅降低至2.4 mΩ·cm2，提升了載流子傳輸性能。此外，研究團隊開發(fā)了創(chuàng)新的背面局部多晶硅接觸結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)的全區(qū)域覆蓋，將寄生吸收損失降至最低，實現(xiàn)了約90%的高雙面率，從而使得電池在實際戶外工況下的發(fā)電量增益大幅增加。該協(xié)同策略成功打破了“效率-成本-雙面性能”之間的制約關(guān)系，為TOPCon電池的高性能、低成本制造提供了可行且具備推廣價值的解決方案，有力推動TOPCon技術(shù)成為未來太瓦級光伏部署的核心動力。
相關(guān)成果以“Steel-stencil printing and local polysilicon contacts enable 26.09%-efficient industrial-grade tunnel oxide passivating contact solar cells”為題發(fā)表于能源領(lǐng)域頂級期刊Joule
寧波材料所2023級博士生杜浩江為第一作者，捷泰新能魯偉明博士，蘇州大學楊陣海青年特聘教授，寧波材料所曾俞衡研究員、葉繼春研究員為通訊作者。這項工作得到了國家自然科學基金(61974178、61874177)、寧波市“創(chuàng)新2025”重大專項(2022Z114、2020Z098)、遼寧省2021年度科技項目(2021JHI/10400104)、寧波國際科技合作計劃(2024H028)、浙江省重點研發(fā)計劃(2021C01006、2024C01055)等支持。
圖1 高效TOPCon太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能表現(xiàn)
(光電信息材料與器件實驗室 杜浩江)
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