隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳能电池凭借其高效率与规模化制造优势，已迅速崛起为光伏领域的主流技术。截至2024年，其市场份额已突破晶硅光伏市场的70%。然而，工业级TOPCon电池仍面临几大关键挑战：栅线过宽带了较大的光学遮挡、银浆消耗量高导致平准化度电成本(LCOE)居高不下，以及传统背面全面积多晶硅结构所带来的寄生吸收问题，限制了电池的双面发电增益。因此，在提升效率的同时，兼顾成本下降与双面率优化，成为TOPCon技术进一步发展的关键。
针对上述瓶颈，中国科学院宁波材料技术与工程研究所高效太阳能电池与宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，基于前期在TOPCon电池领域的积累(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)，与捷泰新能源科技有限公司合作提出一项可量产的协同创新方案。该方案通过结合正面高精度钢版印刷技术与背面局部多晶硅接触结构，在工业级M10硅片(面积为335 cm2)上取得了显著突破，实现了认证转换效率高达26.09%的TOPCon电池，同时有效降低了银浆消耗并显著提升了双面率。这一成果标志着TOPCon技术迈向新阶段，为增强其市场竞争力奠定了基础。
在正面金属化工艺中，采用高精度钢版印刷技术替代传统丝网印刷，制备出高宽比达58.9%的超窄电极栅线，使得单位功率银耗降低0.12 mg/W。同时，通过银浆配方的创新，在银电极与硅界面形成了致密的纳米银颗粒网络，将接触电阻率大幅降低至2.4 mΩ·cm2，提升了载流子传输性能。此外，研究团队开发了创新的背面局部多晶硅接触结构，替代传统的全区域覆盖，将寄生吸收损失降至最低，实现了约90%的高双面率，从而使得电池在实际户外工况下的发电量增益大幅增加。该协同策略成功打破了“效率-成本-双面性能”之间的制约关系，为TOPCon电池的高性能、低成本制造提供了可行且具备推广价值的解决方案，有力推动TOPCon技术成为未来太瓦级光伏部署的核心动力。
相关成果以“Steel-stencil printing and local polysilicon contacts enable 26.09%-efficient industrial-grade tunnel oxide passivating contact solar cells”为题发表于能源领域顶级期刊Joule
宁波材料所2023级博士生杜浩江为第一作者，捷泰新能鲁伟明博士，苏州大学杨阵海青年特聘教授，宁波材料所曾俞衡研究员、叶继春研究员为通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金(61974178、61874177)、宁波市“创新2025”重大专项(2022Z114、2020Z098)、辽宁省2021年度科技项目(2021JHI/10400104)、宁波国际科技合作计划(2024H028)、浙江省重点研发计划(2021C01006、2024C01055)等支持。
图1 高效TOPCon太阳能电池的结构设计与性能表现
(光电信息材料与器件实验室 杜浩江)
