TOPCon核心工艺技术路线盘点

TOPCon 电池的制备工序包括清洗制绒、正面硼扩散、BSG 去除和背面刻蚀、氧化层钝化接触制备、正面氧化铝沉积、正背面氮化硅沉积、丝网印刷、烧结和测试分选，约 12 步左右。从技术路径角度：LPCVD 方式为目前量产的主流工艺，预计 PECVD 路线有望成为未来新方向。

图片来源：浙商证券

1. SE激光掺杂工序

N型TOPCon电池生产工艺采用高效选择性发射结（Selective Emitter,即SE)技术，这一道工序位于清洁制绒、硼扩散之后，其原理是利用激光的热效应，熔融硅片表层，覆盖在发射极顶部的硼硅玻璃中的B原子进入硅片表层，B原子在液态硅中的扩散系数要比在固态硅中的扩散高数个数量级，固化后掺杂B原子取代硅原子的位置，形成重掺杂层。通过激光在硅片与金属栅线接触部位进行高浓度掺杂，以达到降低该部位接触电阻的目的；在电极以外的位置进行低浓度掺杂，以达到降低扩散层复合的目的。通过以上方式优化发射极，进而实现转化效率的增加，与TOPCon电池叠加有效实现量产情况下0.2%-0.4%的转化效率提升。

2. 制备隧穿氧化层及多晶硅层工序

TOPCon电池核心流程就是制作隧穿氧化层、多晶硅层环节部分，制备隧穿氧化层与多晶硅层环节是在N型硅片的背面沉积一层1-2nm的氧化硅膜和一层100-150nm的掺杂非晶硅薄膜，非晶硅薄膜在后续退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶，激活叠层薄膜的钝化性能，在叠层薄膜上沉积金属，就可以得到无需开孔的钝化接触结构。

按两层膜制备方式不同可以分为LPCVD、PECVD、PVD。LPCVD是把隧穿氧化层、本征非晶硅层制备完成以后增加P扩散和清洗工艺；PECVD是把隧穿氧化层原位掺杂做成非晶硅层，两层膜制备的步骤合并到了一起，然后进行褪火、清洗；PECVD和LPCVD最根本区别就是两层膜是分步还是合并制作。

                 

按两层膜制备方式不同可以分为LPCVD、PECVD、PVD。LPCVD是把隧穿氧化层、本征非晶硅层制备完成以后增加P扩散和清洗工艺；PECVD是把隧穿氧化层原位掺杂做成非晶硅层，两层膜制备的步骤合并到了一起，然后进行褪火、清洗；PECVD和LPCVD最根本区别就是两层膜是分步还是合并制作。

LPVCD工艺介绍：LPCVD全称为低压力化学气相沉积法，利用 LPCVD 设备通过热氧化方式生长氧化硅层并沉积多晶硅，然后在多晶硅中掺入磷制成 PN结，形成钝化接触结构。这一技术路线出现时间最早，工艺成熟度高，具有成膜质量高、产能高等优势。但是，存在绕镀问题，且沉积时使用的石英管需进行清洗维护和定期更换，耗材成本较高；针对绕度问题，目前在工艺上一些厂商已经有了比较好的解决方式。LPCVD法是目前 TOPCon 厂商选择的主流路线，采用这一路线的主要光伏厂商有晶科能源、捷泰、一道等。LPCVD设备厂家有拉普拉斯、捷佳伟创，拉普拉斯是最主要厂商，捷佳伟创也做这块，但不作为主推的设备。

LPVCD工艺原理图        来源：浙商证券

PECVD工艺介绍：PECVD 原位掺杂，又称PE-poly工艺，全称为等离子体增强化学气相沉积法，原理为借助射频将含反应气体在局部形成等离子体，利用等离子体的强化学活性在基片表面沉积出薄膜。PECVD 可实现成本的大幅下降，具有绕镀轻微、成品率高，成膜速度快，掺杂效率高，无石英管，耗材成本低等优势，但存在成膜厚度均匀性差、膜层致密度不高、易爆膜等问题，原因在于其中有氢气参与反应。

PECVD工艺原理图           来源：浙商证券

3. 制备减反射膜工序

采用多层介质膜结构技术进行电池片两面减反射膜的制备，减反射膜由氧化硅(SiOx)/氮氧化硅(SiONx)/氮化硅（SiNx）多层薄膜共同组成，顾名思义减反射膜具有帮助电池片提升对太阳光的吸收，减少光学损失提高光生电流，进而提高转换效率的效果。更为重要的是，减反射膜还具有钝化作用，在薄膜形成过程中产生的氢原子对电池表面的钝化降低了发射结的表面复合速率，促进光电转换效率提升的同时延长电池的使用寿命。

正面的减反射膜还能对前序步骤沉积的氧化铝层（4-5nm)起到一定的保护作用，氮化硅薄膜的高致密性可以保护氧化铝不受损伤及污染。而背面减反膜同样也可用于背部膜层的保护，避免poly层受到破坏及污染。多层结构共同作用，达到良好的体钝化和表面钝化效果，实现更佳的钝化接触。

4. 激光诱导烧结工序

在电池制造中全新引入了激光辅助烧结工序，在完成丝印、烧结及光注入工序后，采用激光诱导烧结技术（Laser Induced Firing，简称“LIF”）。

通过激光辅助快速烧结对硅片正面的金属浆料进行处理，使硅片正面的浆料和硅片形成较好的欧姆接触。同时，利用荷电效应来优化栅线电极、改善接触电阻并实现高效率太阳能光伏电池的输出，从而显著提升TOPCon电池光电效率。

在TOPCon电池的工艺验证结果显示，LIF技术可以有效提升电池片的光电转换效率，增益在0.2%以上。

TOPCon产线成本分析

TOPCon电池可在PERC产线基础上升级改造，单GW初始投资额为1.5-1.7亿左右，基于PERC产线升级成本为4,000-5,000万/GW。

与P型电池相比，TOPCon将磷扩散改为了硼扩散，增加了隧穿层、POLY层的制备，取消了激光开槽步骤。

初始设备投资中，清洗制绒设备800万元，占比约5%；硼扩散炉成本约2,000万，占比约12%；刻蚀设备成本1,200万，占比约7%；背面隧穿氧化及多晶硅掺杂相关设备约4,500万（lpcvd）和3,500万（pecvd）；双面减反膜设备成本约3,200万，占比20%；丝印设备成本约3,500万，占比22%。此外，2020年后的PERC产能在预留机位的情况下，能进行改造升级，升级成本约为4,000-5,000万/GW，主要是氧化隧穿、磷掺杂设备成本。2024新型光伏电池及组件技术论坛将重点讨论TOPCon产业技术突破以及装备创新，届时将有通威太阳能、正泰新能科技股份有限公司、深圳市捷佳伟创新能源装备股份有限公司、华晟新能源科技有限公司、西安宝馨光能科技有限公司、广东脉络能源科技有限公司等知名企业齐聚共论钙钛矿产业化议题。

审核编辑：黄飞