宁波材料所及其合作伙伴取得工业级TOPCon电池技术重大突破

　　隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)太阳能电池凭借其高效率和良好的规模化制造兼容性，已发展为占市场比例80%的主流技术。然而，工业级TOPCon电池距离其理论效率极限仍存在差距，效率每向前推进0.1%都需突破多重瓶颈，这些问题主要集中在器件电学性能不足，包括：发射极钝化质量有限、载流子传输损失偏高，背面接触结构中银扩散引发的界面退化、各工艺间的匹配等问题。这些痛点制约了TOPCon技术的产业化升级步伐。
 

　　为攻克上述技术难题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所光电信息材料与器件实验室叶继春研究员团队联合晶科能源股份有限公司、苏州大学、中国计量大学等单位，开展协同技术攻关，深挖技术瓶颈背后的关键科学问题，提出了一种双面电学协同优化的全新策略，成功实现了工业级TOPCon太阳能电池性能的重大突破。研究团队在工业标准M10尺寸(313.3 cm2)硅片上，成功制备出经认证转换效率达26.66%的TOPCon太阳能电池，同时创下744.6 mV的工业级TOPCon开路电压新高，填充因子达85.57%，双面率提升至88.3%，其Voc×FF/理论极限值达93.8%，远超行业此前水平，进一步推动了TOPCon技术向理论效率极限迈进。
 

　　在器件正面结构优化方面，研究团队开发了430 Ω/sq的高方阻硼发射极，实现低掺杂、浅结设计，有效提升了界面钝化质量，将少子寿命从0.70 ms提升至1.12 ms，饱和电流密度从～9 fA/cm2降至～5 fA/cm2，大幅降低载流子复合损失；同时，通过精细化栅线设计，将栅线间距从常规的1120 μm缩窄至825 μm、宽度从20 μm缩减至10 μm，既减少了载流子横向传输阻抗、提高电流收集效率，又降低了遮光损失与银浆耗量，实现了电压与电流的双重提升，为高效率输出提供了关键支撑。
 

　　在器件背面结构创新方面，研究团队针对银扩散引发的界面退化这一痛点，创新性地构建了双层隧穿氧化层/多晶硅复合结构，内层～40 nm轻掺杂多晶硅负责界面钝化与银扩散阻挡，外层～60 nm重掺杂多晶硅作为导电层，有效阻断银原子从电极向硅基体的扩散，避免了银颗粒形成的载流子复合中心，从而进一步改善了界面钝化性能；同时，研究团队通过激光改性+湿法刻蚀工艺，对背面无电极覆盖区域的多晶硅层进行局部减薄，电池背面约70%的区域仅保留内层多晶硅，显著降低了寄生吸收损失，大幅提升了电池双面发电能力。
 

　　本工作通过前后两面协同的电学精细化优化，将“更强钝化”与“更低输运/金属化损失”在工业级TOPCon电池统一起来，为高效工业TOPCon技术的发展提供了一条兼具机理清晰与可制造性的工程化路线。相关研究成果以“Dual-side electrical refinement enables efficient industrial tunnel oxide passivating contact silicon solar cells”为题，正式发表于能源领域顶级期刊Nature Energy(DOI: 10.1038/s41560-026-01982-2)，论文通讯作者：中国计量大学杜汇伟、晶科能源杨洁和郑霈霆、宁波材料所曾俞衡和叶继春研究员。这项工作得到了国家自然科学基金(62474178)、浙江省重点研发计划(2021C01006，2024C01055)、安徽省重点研发计划(202423h08050004)及宁波市国际科技合作计划(2024H028)、宁波市“创新2025”重大专项(2022Z114)、宁波市“创新2035”重大专项(2024Z243)，以及辽宁省2021年度科技项目(2021JHI/10400104)的资助。