近期，作为N型电池引领者，一道新能发布N型TOPCon3.0技术取得了重大突破，大规模量产TOPCon电池平均最高量产效率达到25.6%，再次把“光伏技术迭代”话题推上风口浪尖。晶硅光伏技术从PERC到TOPCon迭代的“狼”真的来了吗，迭代如何发生？他的第一性原理是什么？从历史的视角我们如何预测产业化光伏技术发展的未来？光伏作为一种能源属性产品满足技术迭代的要素有哪些？带着这些问题，摩尔光伏记者采访了一道新能源首席技术官、国务院特殊津贴专家、SEMI中国光伏标准技术委员会主席宋登元博士。

效率突破25.2%的意义

记者: 2020年初您就提出“TOPCon电池技术的元年”已经到来，2022年TOPCon电池出货量接近20GW，占据光伏市场约8.1%的份额，印证了您的判断。最近一道新能推出的N型TOPCon3.0技术，把大规模量产TOPCon电池平均效率提升到25.2%以上，最高量产效率达到25.6%。我们注意到这个效率值远远超过了《中国光伏发产业发展路线图（中国光伏行业协会2021年版）》对TOPCon电池效率在2023年22.6%的预期，您觉得它的意义在哪里？

宋博士: 确实像你观察到的，一道新能TOPCon3.0技术效率提升非常迅速，不仅超过了国内外光伏技术路线图对TOPCon电池效率提升的预测，实际上也超出了我这个“老光伏人”的预期。全球第一个25%效率的小面积（4cm2）实验室PERL晶硅电池出现在1999年，由我的老师、新南威尔士大学马丁格林教授团队创造的，这世界纪录保持了超过15年，在2014年被松下公司创造的HJT晶硅电池25.6%新效率记录替代。我国第一个实验室超过25%效率的太阳能电池出现在2018年，因此国际上认为研发出25%以上效率的晶硅电池是全球高水平晶硅研发实验室的标志。

世界上第一个效率为25%晶硅PERL电池结构图

一道新能作为我国N型电池的引领者，仅仅通过4年的努力就将产业化的大面积（182182mm2）N型TOPCon电池效率提升到了25.2%以上，最高量产效率达到25.6%，标志着我国超高效晶硅电池的生产水平和创新能力实现了全球引领。

一道新能最高产业化效率25.6%晶硅电池结构图

技术迭代如何发生？

记者: 我们注意到近期技术迭代已经成为光伏出现频率最高的热门词汇。一道新能取得的技术突破，使产业化晶硅电池的最高效率提升到25.6%以上，而且制造成本接近PERC电池，他会加速晶硅光伏技术迭代过程吗？

宋博士: 我认为是加速了晶硅电池技术迭代的进程。对于光伏技术迭代的过程，从历史上看是有规律可循的。我们回顾一下历史上已经发生的光伏产业技术迭代的过程，技术迭代要具备的几个基本条件：第一，新一代技术的光电转化效率上一代技术无法达到，通常新技术比上一代技术产业化效率要高1.5个百分点左右；第二，新一代技术要有更低的平准化度电成本LCOE；第三，新一代技术要具备良好的产业链生态环境，设备初始投资、材料成本以及工艺过程成本要有较大的降本空间；第四新一代技术要有足够的稳定性，能稳定发电30年以上，并且在地壳中要具有足够的丰度、环境友好、能够满足TW级以上发电对材料的需求。在这几个条件基本满足的情况下，光伏产业技术迭代才会发生。

第一次晶硅电池技术迭代与发生要素

我们回顾一下2016年前后铝背场BSF电池被PERC电池迭代的过程。经过近30年的产业化发展，单晶BSF电池的最高效率接近21%，达到他的效率极限，人们迫切希望寻找效率更高的电池。当时的候选电池有PERC、PERT、HJT、IBC。由于当时HJT和IBC尽管有高的效率，但制造成本也很高，只有日本三洋坚持HJT路线、美国Sunpower坚持IBC路线、我国的英利坚持PERT路线，国内外大多数光伏公司都选择了PERC电池技术路线。最终满足上面4个条件的PERC电池在2016年完全取代BSF电池，成为产业化光伏主流技术，2021年市场份额达到了92%。最近PERC电池的发明者新南威尔士大学大学Martin Green教授、Andrew Blakers教授、王爱华博士和赵建华博士获2023年伊丽莎白女王工程奖（QEPrize），以表彰他们在PERC太阳能光伏技术方面的研究突出成就。

2022年PERC电池已经接近它产业化23.5%效率极限，人们希望新的电池能够突破这个效率极限，获得更低的发电LCOE，支撑全球的可再生能源发展。超过PERC电池效率的电池结构有TOPCon，HJT和xBC。从上面技术迭代的规律来看，无疑TOPCon电池是最适合的，也就是说率先达到了技术迭代的基本条件。因此从这个意义上讲，一道新能TOPCon3.0技术突破，进一步助推加速了晶硅电池技术迭代的发生。据Infolink预计，未来4年TOPCon的出货量占所有N型硅电池（TOPCon、HJT、xBC、PERT）的80%以上，优势非常明显。

InfoLink TOPCon的产能和出货量的未来预测

TOPCon3.0核心技术是什么？

记者：一道新能从2019年建立我国首条TOPCon电池研发生产线开始，技术路线从1.0发展到3.0，已经发展了三代技术，任何技术的实现都需要攻克无数技术瓶颈，实现TOPCon3.0的技术的瓶颈是什么？

一道新能TOPCon电池技术路图

宋博士：一道新能TOPCon3.0技术核心是i-SE技术和ut-polySi技术。i-SE的核心是在电池正面实现金属栅线下面的局域的精密扩散，形成符合余误差函数的杂质分布。这涉及到在大规模工业化生产条件下的激光光斑的塑形技术、焦点控制技术、多物理场耦合技术以及硼杂质的源的沉积技术。一道新能通过计算机建模仿真得到激光束在硅衬底内的热场分布，精确控制焦点在硅片处的能量场分布和温度场分布，在高能量激光作用下硼硅玻璃中的硼杂质元素均匀扩散进入热场区域完成硼原子的精密扩散。无论是激光波长、能量密度、扫描速度、光斑的形状以及BSG中硼元素的浓度都构成了实现i-SE关键要素。

i-SE局域高能量激光诱导精密扩散图

ut-polySi 硅技术是在电池背面沉积超薄的高质量多晶硅薄膜，同时在多晶硅薄膜中掺入少量的杂质原子。一方面薄的多晶硅可以降低红外光的寄生吸收，提升红外光的利用率，另一方面掺入少量的杂质原子能够提升SiOx/Poly-Si钝化接触性能，也能进一步降低对到达电池背面长波长光的吸收。在大硅片（182182mm2）和高载片量的反应室中实现高质量超薄多晶硅沉积需要克服很多困难，硅原子生长的反应动力学方式、反应室热场分布、源气体供给、生长速率、磷杂质分布曲线等构成了实现ut-PolySi的关键要素。TOPCon3.0使用低压化学气象沉积（LPCVD）超薄的高质量多晶硅薄膜，这是基于热分解的多晶硅薄膜生长技术，在所有的多晶硅生长方法中（如PECVD、PVD等）具有最高的多晶硅质量。

ut-polySi超薄多晶硅薄膜沉积与微量掺杂图

记者：能简要介绍一下i-SE技术和ut-polySi技术提升电池效率的原理吗？

宋博士：目前提升TOPCon电池效率最大的瓶颈是提升TOPCon电池前表面短波长光谱的利用率和背表面长波光谱的利用率。一道新能通过多年的技术积累，研发成功了具有自主知识产权的高能量激光i-SE（industry-selected emitter）产业化技术，有效的降低前表面光生载流子的复合，提升短波长光谱的利用率，也就是提升了低于450nm波长的光转为电的量子效率；而背面超薄ut-polySi（Ultrathin Poly Si）技术能有效的降低背面多晶硅层对长波长光谱的寄生吸收，大幅提升长波长光谱的利用率，也就是提升了高于1000nm波长的光转为电的量子效率。这两种技术完美的结合攻克了TOPCon太阳电池效率提升的瓶颈，使短波长和长波长光量子效率分别提升了40.6%和15.3%，电池效率平均提升超过25.2%。

太阳光谱和晶硅电池可吸收的部分

TOPCon3.0使长波长和短波长光量子效率的改进

记者：介绍一下TOPCon3.0对组件提效的作用和未来的技术路线？

宋博士：基于i-SE技术和ut-polySi技术提升TOPCon电池效率和可靠性，一道新能的DAON N型产品的可靠性和功率全面升级。基于TOPCon3.0技术的“DAON”品牌全系列DAON Mini、DAON and DAON Pro N型高效组件，最高组件的效率高达22.8%，将给大规模地面电站、商业和工业屋顶以及户用分布式用户带来高的发电收益和投资价值。到2023年底，一道新能N型电池产能和组件产能将分别达到30GW。目前一道新能将进一步研发基于高载流子选择材料和电池结构的TOPCon4.0技术，使产业化TOPCon电池的光电转换效率提升到26%以上，相比PERC电池效率将高出2.5个百分点。如果说一道新能TOPCon3.0加速了晶硅电池技术迭代，那么TOPCon4.0将彻底颠覆目前晶硅电池产品的市场格局。