近期，作為N型電池引領者，一道新能發布N型TOPCon3.0技術取得了重大突破，大規模量產TOPCon電池平均最高量產效率達到25.6%，再次把“光伏技術迭代”話題推上風口浪尖。晶硅光伏技術從PERC到TOPCon迭代的“狼”真的來了嗎，迭代如何發生？他的第一性原理是什么？從歷史的視角我們如何預測產業化光伏技術發展的未來？光伏作為一種能源屬性產品滿足技術迭代的要素有哪些？帶著這些問題，摩爾光伏記者采訪了一道新能源首席技術官、國務院特殊津貼專家、SEMI中國光伏標準技術委員會主席宋登元博士。

效率突破25.2%的意義

記者: 2020年初您就提出“TOPCon電池技術的元年”已經到來，2022年TOPCon電池出貨量接近20GW，占據光伏市場約8.1%的份額，印證了您的判斷。最近一道新能推出的N型TOPCon3.0技術，把大規模量產TOPCon電池平均效率提升到25.2%以上，最高量產效率達到25.6%。我們注意到這個效率值遠遠超過了《中國光伏發產業發展路線圖（中國光伏行業協會2021年版）》對TOPCon電池效率在2023年22.6%的預期，您覺得它的意義在哪里？

宋博士: 確實像你觀察到的，一道新能TOPCon3.0技術效率提升非常迅速，不僅超過了國內外光伏技術路線圖對TOPCon電池效率提升的預測，實際上也超出了我這個“老光伏人”的預期。全球第一個25%效率的小面積（4cm2）實驗室PERL晶硅電池出現在1999年，由我的老師、新南威爾士大學馬丁格林教授團隊創造的，這世界紀錄保持了超過15年，在2014年被松下公司創造的HJT晶硅電池25.6%新效率記錄替代。我國第一個實驗室超過25%效率的太陽能電池出現在2018年，因此國際上認為研發出25%以上效率的晶硅電池是全球高水平晶硅研發實驗室的標志。

世界上第一個效率為25%晶硅PERL電池結構圖

一道新能作為我國N型電池的引領者，僅僅通過4年的努力就將產業化的大面積（182182mm2）N型TOPCon電池效率提升到了25.2%以上，最高量產效率達到25.6%，標志著我國超高效晶硅電池的生產水平和創新能力實現了全球引領。

一道新能最高產業化效率25.6%晶硅電池結構圖

技術迭代如何發生？

記者: 我們注意到近期技術迭代已經成為光伏出現頻率最高的熱門詞匯。一道新能取得的技術突破，使產業化晶硅電池的最高效率提升到25.6%以上，而且制造成本接近PERC電池，他會加速晶硅光伏技術迭代過程嗎？

宋博士: 我認為是加速了晶硅電池技術迭代的進程。對于光伏技術迭代的過程，從歷史上看是有規律可循的。我們回顧一下歷史上已經發生的光伏產業技術迭代的過程，技術迭代要具備的幾個基本條件：第一，新一代技術的光電轉化效率上一代技術無法達到，通常新技術比上一代技術產業化效率要高1.5個百分點左右；第二，新一代技術要有更低的平準化度電成本LCOE；第三，新一代技術要具備良好的產業鏈生態環境，設備初始投資、材料成本以及工藝過程成本要有較大的降本空間；第四新一代技術要有足夠的穩定性，能穩定發電30年以上，并且在地殼中要具有足夠的豐度、環境友好、能夠滿足TW級以上發電對材料的需求。在這幾個條件基本滿足的情況下，光伏產業技術迭代才會發生。

第一次晶硅電池技術迭代與發生要素

我們回顧一下2016年前后鋁背場BSF電池被PERC電池迭代的過程。經過近30年的產業化發展，單晶BSF電池的最高效率接近21%，達到他的效率極限，人們迫切希望尋找效率更高的電池。當時的候選電池有PERC、PERT、HJT、IBC。由于當時HJT和IBC盡管有高的效率，但制造成本也很高，只有日本三洋堅持HJT路線、美國Sunpower堅持IBC路線、我國的英利堅持PERT路線，國內外大多數光伏公司都選擇了PERC電池技術路線。最終滿足上面4個條件的PERC電池在2016年完全取代BSF電池，成為產業化光伏主流技術，2021年市場份額達到了92%。最近PERC電池的發明者新南威爾士大學大學Martin Green教授、Andrew Blakers教授、王愛華博士和趙建華博士獲2023年伊麗莎白女王工程獎（QEPrize），以表彰他們在PERC太陽能光伏技術方面的研究突出成就。

2022年PERC電池已經接近它產業化23.5%效率極限，人們希望新的電池能夠突破這個效率極限，獲得更低的發電LCOE，支撐全球的可再生能源發展。超過PERC電池效率的電池結構有TOPCon，HJT和xBC。從上面技術迭代的規律來看，無疑TOPCon電池是最適合的，也就是說率先達到了技術迭代的基本條件。因此從這個意義上講，一道新能TOPCon3.0技術突破，進一步助推加速了晶硅電池技術迭代的發生。據Infolink預計，未來4年TOPCon的出貨量占所有N型硅電池（TOPCon、HJT、xBC、PERT）的80%以上，優勢非常明顯。

InfoLink TOPCon的產能和出貨量的未來預測

TOPCon3.0核心技術是什么？

記者：一道新能從2019年建立我國首條TOPCon電池研發生產線開始，技術路線從1.0發展到3.0，已經發展了三代技術，任何技術的實現都需要攻克無數技術瓶頸，實現TOPCon3.0的技術的瓶頸是什么？

一道新能TOPCon電池技術路圖

宋博士：一道新能TOPCon3.0技術核心是i-SE技術和ut-polySi技術。i-SE的核心是在電池正面實現金屬柵線下面的局域的精密擴散，形成符合余誤差函數的雜質分布。這涉及到在大規模工業化生產條件下的激光光斑的塑形技術、焦點控制技術、多物理場耦合技術以及硼雜質的源的沉積技術。一道新能通過計算機建模仿真得到激光束在硅襯底內的熱場分布，精確控制焦點在硅片處的能量場分布和溫度場分布，在高能量激光作用下硼硅玻璃中的硼雜質元素均勻擴散進入熱場區域完成硼原子的精密擴散。無論是激光波長、能量密度、掃描速度、光斑的形狀以及BSG中硼元素的濃度都構成了實現i-SE關鍵要素。

i-SE局域高能量激光誘導精密擴散圖

ut-polySi 硅技術是在電池背面沉積超薄的高質量多晶硅薄膜，同時在多晶硅薄膜中摻入少量的雜質原子。一方面薄的多晶硅可以降低紅外光的寄生吸收，提升紅外光的利用率，另一方面摻入少量的雜質原子能夠提升SiOx/Poly-Si鈍化接觸性能，也能進一步降低對到達電池背面長波長光的吸收。在大硅片（182182mm2）和高載片量的反應室中實現高質量超薄多晶硅沉積需要克服很多困難，硅原子生長的反應動力學方式、反應室熱場分布、源氣體供給、生長速率、磷雜質分布曲線等構成了實現ut-PolySi的關鍵要素。TOPCon3.0使用低壓化學氣象沉積（LPCVD）超薄的高質量多晶硅薄膜，這是基于熱分解的多晶硅薄膜生長技術，在所有的多晶硅生長方法中（如PECVD、PVD等）具有最高的多晶硅質量。

ut-polySi超薄多晶硅薄膜沉積與微量摻雜圖

記者：能簡要介紹一下i-SE技術和ut-polySi技術提升電池效率的原理嗎？

宋博士：目前提升TOPCon電池效率最大的瓶頸是提升TOPCon電池前表面短波長光譜的利用率和背表面長波光譜的利用率。一道新能通過多年的技術積累，研發成功了具有自主知識產權的高能量激光i-SE（industry-selected emitter）產業化技術，有效的降低前表面光生載流子的復合，提升短波長光譜的利用率，也就是提升了低于450nm波長的光轉為電的量子效率；而背面超薄ut-polySi（Ultrathin Poly Si）技術能有效的降低背面多晶硅層對長波長光譜的寄生吸收，大幅提升長波長光譜的利用率，也就是提升了高于1000nm波長的光轉為電的量子效率。這兩種技術完美的結合攻克了TOPCon太陽電池效率提升的瓶頸，使短波長和長波長光量子效率分別提升了40.6%和15.3%，電池效率平均提升超過25.2%。

太陽光譜和晶硅電池可吸收的部分

TOPCon3.0使長波長和短波長光量子效率的改進

記者：介紹一下TOPCon3.0對組件提效的作用和未來的技術路線？

宋博士：基于i-SE技術和ut-polySi技術提升TOPCon電池效率和可靠性，一道新能的DAON N型產品的可靠性和功率全面升級?；赥OPCon3.0技術的“DAON”品牌全系列DAON Mini、DAON and DAON Pro N型高效組件，最高組件的效率高達22.8%，將給大規模地面電站、商業和工業屋頂以及戶用分布式用戶帶來高的發電收益和投資價值。到2023年底，一道新能N型電池產能和組件產能將分別達到30GW。目前一道新能將進一步研發基于高載流子選擇材料和電池結構的TOPCon4.0技術，使產業化TOPCon電池的光電轉換效率提升到26%以上，相比PERC電池效率將高出2.5個百分點。如果說一道新能TOPCon3.0加速了晶硅電池技術迭代，那么TOPCon4.0將徹底顛覆目前晶硅電池產品的市場格局。