太阳能电池是一类将阳光直接转化为电能的器件，已在全球范围内广泛部署。为了进一步提升太阳能电池的功率转换效率（PCE）并保证长期稳定运行，能源工程师近年来持续探索新的电池结构与材料体系。

苏州大学、浙江晶科太阳能有限公司及多家合作机构的研究团队近日提出了一种新型双面太阳能电池设计，用以突破当前基于隧道氧化物钝化接触（TOPCon）组件的电池结构所面临的瓶颈。相关成果发表在《自然能源》（Nature Energy）上。该设计将TOPCon结构与钙钛矿材料相结合，利用钙钛矿优异的光吸收特性，构建高效叠层电池。

论文第一作者高坤与共同通讯作者杨新波教授在接受 Tech Xplore 采访时指出，他们的工作针对的是现有TOPCon太阳能电池的一个根本限制：在工业化TOPCon器件中，前表面仍采用硼扩散形成的 p+ 发射极，这会带来明显的复合损失，从而阻碍效率进一步提升。因此，一个自然的改进方向是用局部化的TOPCon接触来替代这一发射极结构。

TOPCon接触由一层超薄绝缘隧道氧化层和一层掺杂多晶硅组成，理论上可以显著降低复合损失并提升电池效率。然而，以往研究发现，当在电池前侧采用全面积 p 型TOPCon层时，为了在工业烧结过程中获得良好电接触，需要使用较厚的掺杂多晶硅膜，这会引入强烈的寄生光吸收，形成“降低复合”与“减少光学损失”之间难以兼顾的权衡。

降低TOPCon太阳能电池中的能量损失

为解决上述问题，高坤团队提出了一种新的TOPCon架构，目标是在兼容现有工业工艺的前提下，同时抑制复合损失和光学吸收。他们的设计不仅适用于常规TOPCon电池，也可作为高性能钙钛矿-TOPCon叠层太阳能电池的硅底层电池。叠层太阳能电池通过叠加带隙不同的子电池，以更充分地利用太阳光谱，从而实现更高的整体效率。

在新方案中，研究人员重新设计了电池前后表面的钝化接触结构。前侧不再采用全面积TOPCon层，而是引入图案化的 n 型TOPCon接触：二氧化硅/磷掺杂多晶硅（SiOx/poly-Si(n+)）仅保留在金属指状电极下方。这种“指状”局部接触显著减弱了前侧寄生吸收，同时在接触区域保持优异的载流子选择性。

为了进一步提升TOPCon接触层的质量，团队在硅表面采用圆锥形纹理，使表面更加平滑，有利于后续薄膜沉积。他们还引入梯度热场（GTF）沉积工艺来制备TOPCon层，通过更精细地控制加热过程，使多晶硅的结晶和掺杂更加均匀。

高坤表示，这一系列工艺改进提升了多晶硅层的均匀性、结晶度和掺杂效率。在电池后侧，研究人员设计了带有超薄界面 SiOx 层的双层 p 型TOPCon结构。该结构一方面增强了钝化效果，减弱了硼掺杂带来的损伤，并在烧结过程中抑制银的渗透；另一方面，通过优化银浆配方，仍然保持了较低的接触电阻。

前后侧多种工艺与结构的组合，使得新型TOPCon电池在降低复合与光学损失的同时，实现了低接触电阻。高坤总结称，这一架构解决了传统TOPCon设计中的多项内在限制：一是用图案化 n 型TOPCon接触替代硼发射极，显著降低了前侧复合并获得高质量钝化；二是双层 p 型TOPCon接触在提供高钝化质量的同时，兼具良好的金属化兼容性，缓解了长期困扰 p 型TOPCon的工艺难题。

初步实验结果与后续优化方向

在初步测试中，团队制备的工业尺寸TOPCon太阳能电池原型实现了 26.34% 的认证效率，开路电压高达 743.2 毫伏。在此基础上，研究人员将该TOPCon器件与钙钛矿子电池集成，构建单片叠层结构，效率进一步提升。

高坤介绍，同一TOPCon平台作为单片钙钛矿/TOPCon叠层的硅底层电池时，叠层器件的认证效率达到 32.73%。这一结果表明，该设计与下一代高效叠层技术具有良好的兼容性，为未来高效率光伏组件提供了新的技术路径。

这项研究为开发既高效又易于与叠层结构集成的TOPCon器件提供了新的思路。高坤、杨新波及其团队计划在此基础上继续优化设计，并评估其在实际应用场景中的表现。

未来工作中，研究人员将在多个方向展开：在 n 型TOPCon方面，将进一步优化前侧图案化接触，包括减小多晶硅指状结构的宽度和厚度，以进一步降低光学损失，同时继续提升后侧接触性能。他们还计划系统研究在实际工作条件下，n 型和 p 型TOPCon接触中的载流子传输与复合机制，为后续器件设计提供物理依据。

在叠层方向，团队将持续改进钙钛矿/TOPCon集成工艺，重点减少硅底层电池的寄生吸收，并增强叠层器件的长期稳定性。最终目标是构建一种既具极高效率，又能在工业规模生产中保持长期可靠性的TOPCon器件架构。

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