苏州大学，Nature Energy！

米测MeLab

2026-03-16

特别说明：本文由米测技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。

编辑丨风云

研究背景

高效晶体硅太阳能电池主要依赖于隧道氧化物钝化接触 (TOPCon) 等先进技术。尽管 TOPCon 在市场上占据主导地位，但其效率仍低于异质结 (SHJ) 电池，主要原因是正面硼扩散发射极导致的严重复合损失。为了突破效率瓶颈，开发与工业制程兼容的高性能双面 TOPCon 接触并将其集成到钙钛矿叠层电池中，已成为光伏领域的研究热点。

关键问题

目前，双面 TOPCon 接触的开发主要存在以下问题：

1、正面发射极复合损失严重

传统 TOPCon 电池正面采用硼扩散p⁺发射极，在金属接触和非接触区域均存在严重的俄歇复合和 Shockley–Read–Hall 复合，限制了开路电压 (V_oc) 和填充因子 (FF) 的提升，使其难以接近理论效率极限。

2、钝化接触与工业制程兼容性差

在粗糙的绒面上制备高质量的图案化n型 TOPCon，以及开发能耐受工业高温烧结且保持低接触电阻的p型TOPCon极具挑战，导致现有实验效率远低于模拟预测值。

新思路

有鉴于此，苏州大学张晓宏、杨新波和晶科能源杨洁、张昕宇等人展示了全尺寸双面TOPCon 电池，采用图案化正面 n 型指状TOPCon和全背面双层 p型 TOPCon 接触，实现了26.34%的认证效率。该器件展现出卓越的湿热稳定性以及极低的光诱导降解。通过控制多晶硅结晶度、掺杂浓度及优化银浆，显著提升了性能。将此底电池与宽带隙钙钛矿顶电池集成，制备出单片钙钛矿/TOPCon叠层电池，其认证效率高达32.73%，V_oc达1.961 V。

技术方案：

1、模拟了TOPCon 架构的 PCE 极限

  模拟了四种TOPCon架构的效率极限，发现指状接触型（Finger TOPCon）通过图案化多晶硅层减少寄生光吸收，展现出最高潜力（27.67%）。

2、研究了Finger TOPCon 太阳能电池的性能与稳定性

 工业级Finger TOPCon电池实现26.34%认证效率，正面损失仅0.20 mW/cm²，且在湿热、光诱导等严苛测试中表现出优异稳定性，满足工业长期使用标准。

3、优化了正面图案化n型TOPCon

  研究者通过圆角金字塔绒面和梯度热场工艺优化，显著降低缺陷密度并提升多晶硅结晶质量，实现了超低接触电阻和复合电流，支撑了电池的高开路电压。

4、提出了背面双层 p 型 TOPCon 与金属化工程

  团队设计了含原位氧化层的双层SiO_x/poly-Si(p⁺)结构，有效阻挡银晶刺穿透，结合高温预退火和银浆优化，实现了高结晶度、低接触电阻和优异钝化性能。

5、展示了高效钙钛矿/TOPCon 叠层太阳能电池

 研究人员将双面TOPCon与钙钛矿顶电池结合，构建的叠层电池实现了1.961 V高开路电压和32.73%认证效率，并在2000小时测试后保持80%初始效率，证明了其作为理想底电池平台的潜力。

技术优势：

1、提出了架构创新与工艺优化

本文成功开发了图案化正面n型和双层背面p型TOPCon结构，通过引入梯度热场 (GTF) 和圆角金字塔绒面，在全尺寸硅片上实现了极低的复合电流密度 (J₀)。

2、实现了破纪录的叠层电池效率

研究利用高性能双面 TOPCon 底电池，实现了 32.73% 的单片钙钛矿/硅叠层电池认证效率，并证明了其在 2000 小时运行后的优异稳定性。

技术细节

不同 TOPCon 架构的效率潜力模拟

研究团队利用 Quokka 3 软件模拟了四种 TOPCon 架构的 PCE 极限：传统型、全覆盖双面型、指状接触型 (Finger TOPCon) 及双面指状型。结果表明，传统TOPCon受限于正面非接触区域的复合，潜力仅为 26.75%。Finger TOPCon（正面局部 n-TOPCon 接触）表现出最高的潜力（27.67%），因为它通过图案化多晶硅层显著减少了寄生光吸收损失。虽然双面局部接触可以进一步降低复合，但由于载流子收集效率下降，其潜力反而略有降低。基于此模拟结果，Finger TOPCon 被确定为最有希望实现高效率的工业化架构。

图  不同TOPCon架构的模拟PCE潜力

Finger TOPCon 太阳能电池的性能与稳定性

在工业级尺寸（335.5 cm²）上制备的 Finger TOPCon 电池实现了 26.34% 的认证效率，其 Voc 高达 743.2 mV，FF 为 85.0%。损耗分析显示，由于采用了图案化策略，其正面损失极低（仅 0.20 mW/cm²），验证了设计的有效性。稳定性测试表明，该电池在 85°C/85% 湿热条件下测试 2000 小时后效率衰减不到 3%，在长期光诱导 (LID) 和光热诱导 (LeTID) 测试中也表现出极强的耐受性。这证明了该架构不仅高效，而且完全符合工业长期使用的可靠性标准。

图  指状TOPC在太阳能电池上的性能

正面图案化n型TOPCon的优化路径

为了在绒面上实现高质量钝化，研究者将尖锐的金字塔绒面处理为圆角金字塔，减少了缺陷密度并防止了银浆对硅片的腐蚀。同时，在 LPCVD 系统中引入梯度热场 (GTF)，极大地提升了多晶硅膜的结晶度和掺杂效率，使多晶硅晶粒显著增大，拉曼光谱半高宽明显缩小。在最优磷掺杂浓度（3.3×10²⁰ cm^-3）下，实现了极低的接触电阻 (0.61 mΩ·cm²) 和总复合电流密度 (0.6 fA/cm²)。这些工艺革新共同支撑了电池极高的开路电压。

图  纹理化前表面上的SiO_x/poly-Si（n⁺）钝化接触

背面双层 p 型 TOPCon 与金属化工程

针对背面p型TOPCon，团队设计了双层 SiO_x/poly-Si(p⁺) 结构，中间包含一层 1 nm 的原位氧化层。这种设计有效地阻挡了银浆烧结过程中银晶刺的穿透，避免了对硅基底的直接接触。通过 1050°C 预退火显著提升了结晶度（约 98%），使隐含开路电压 (iVoc) 提升至 747 mV。此外，通过在银浆中引入碱金属氧化物优化流动性，接触电阻降至 0.55 mΩ·cm²。这种双层结构解决了 p 型 TOPCon 长期以来的钝化与接触性能互斥的难题。

图  后双层SiO_x/poly-Si（p⁺）钝化接触

高效钙钛矿/TOPCon 叠层太阳能电池

研究人员将上述双面 TOPCon 作为底电池，与宽带隙（1.68 eV）钙钛矿顶电池结合，构建了单片叠层电池。得益于底电池提供的 ~0.72 V 电压贡献，叠层电池实现了 1.961 V 的极高 Voc 以及 32.73% 的认证 PCE。该叠层电池在氮气环境下进行 2000 小时最大功率点 (MPP) 跟踪测试后，仍能保持初始效率的 80%，展示了卓越的运行稳定性。这一成果证明了双面 TOPCon 电池是实现超高效串联光伏器件的理想底电池平台。

图  单块钙钛矿/TOPC叠层太阳电池的性能

展望

本文通过对 TOPCon 电池正背面接触的精细工程化设计，克服了传统结构的复合瓶颈，实现了 26.34% 的全尺寸硅电池效率。更重要的是，该技术与钙钛矿叠层结合后达到了 32.73% 的效率新高。该研究展示的工艺路线（如梯度热场、双层 p 接触等）与现有工业生产线高度兼容，为下一代低成本、超高效硅基叠层太阳能电池的商业化铺平了道路。

参考文献：

Gao, K., Mao, J., Yang, Z. et al. Bifacial tunnel oxide passivating contacts for silicon and perovskite/silicon tandem solar cells with improved efficiency. Nat Energy (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41560-026-02007-8