近日，經福建計量科學研究院國家光伏產業計量測試中心*認證，中國科學院寧波資料科技與工程研究所矽基太陽能及寬禁帶電晶體團隊開發出效率為25.53%（Voc=700.7 mV，Jsc=43.04 mA/cm2，FF=84.64%）的新型高效隧穿氧化矽鈍化接觸（TOPCon）概念驗證電池，突破了晶科能源和中來股份2021年10月份分別發佈的25.4%的國內效率紀錄，居行業先進水準，見圖1和圖2。值得一提的是，該電池採用了基於电浆增强化學氣相沉積（PECVD）科技製備的新型多晶矽化物薄膜，可顯著增强表面鈍化、降低中長波段寄生吸收，同時兼顧載流子選擇性收集，能够全面提昇填充因數、短路電流及開路電壓，展現出了巨大的產業應用潜力。
過去十多年，晶矽太陽電池轉換效率以每年0.5%～0.6%的速度不斷提升。現時，產業主流的鈍化發射極及背面接觸（PERC）電池已經接近其量產極限效率（～23.5%）。光伏行業迫切需要開發效率更高且成本可控的量產型鈍化接觸科技。TOPCon是一種典型的鈍化接觸科技，其覈心結構由超薄氧化矽層和重摻雜多晶矽層組成，具有量產效率高、相容現有產線等優點，被廣泛認可為下一代主流晶矽太陽電池科技。囙此，研究高效TOPCon電池科技、理解關鍵科學問題、突破覈心資料科技、研製先進量產裝備科技是當前光伏研究領域的重要內容。
中科院寧波資料所矽基太陽能及寬禁帶電晶體團隊在葉繼春研究員帶領下，於2015年底開始佈局研究TOPCon科技，是國內最早開展相關研究的科研機構之一，圍繞PECVD路線開展TOPCon科技的系統性研發。在閆寶傑研究員、曾俞衡研究員、劉偉高級工程師、廖明墩高級工程師、楊陣海博士等科研人員及歷屆研究生的共同努力下，在電池結構設計與器件模擬模擬（正結、背結、雙面鈍化接觸、IBC、選擇性發射極、電荷隧穿傳輸和孔洞傳輸等）、關鍵資料與工藝開發（納米氧化物薄膜資料及多種製備技術、摻雜多晶矽化物薄膜資料及製備、新型擴硼工藝、新型退火工藝/氫注入工藝、電極資料與工藝等），以及量產型裝備科技研製（管式PECVD、納米氧化矽和摻雜多晶矽二合一設備）等方面取得系列成果，其中，n型和p型TOPCon的最高iVoc分別為750 mV和730 mV，實驗室概念驗證電池最高效率為25.53%，居行業先進水準。
截至2021年10月，團隊已就TOPCon科技在光伏/能源類主流期刊發表論文23篇，包括最近在頂級期刊Energy & Environmtal Science上發表的基於碳摻雜多晶矽的高效TOPcon太陽電池方面的學術論文（DOI: 10.1039/D1EE02011K），在Cell Reports Physical Science上發表的孔洞形成機理以及電荷傳輸機理方面的學術論文（doi.org/10.2139/ssrn.3910800），以及在Solar RRL上發表的多晶氮化矽高效TOPCon太陽電池方面的學術論文（DOI: 10.1002/solr.202100644）等文章，發表文章數量位居全球科研機構前列。團隊在該領域佈局了60餘項專利，初步形成獨立自主的知識產權。
現時，團隊與上市公司金辰股份合作開發出量產型管式PECVD裝備及其全套科技，見圖3，在資料、工藝以及設備方面開展全方位創新，可實現TOPCon電池關鍵制程的大幅優化和製造成本的顯著下降，並在設備可維護性等方面滿足了量產需求。該裝備在多家龍頭光伏上市公司進行中試驗證，獲得平均效率＞24%（最高效率24.5%）的量產型n型TOPCon電池，且在二合一設備開發上取得了突破，是國內極少數先於外國設備商開發的具有完全獨立知識產權的光伏用量產覈心設備，受到光伏行業的高度關注。
本團隊相關工作得到金辰股份及其子公司蘇州拓昇的大力支持，也得到博威爾特、東方日升、時創新能源、晶科能源、中來股份、帝科股份、鈞乾智造等合作夥伴的支持和幫助；同時得到國家自然科學基金（61874177、61974178）、國家重點研發計畫（2018YFB1500403）、中科院青年促進會人才計畫（2018333）、寧波市“科技創新2025”重大專項（2020Z098）、浙江省重點研發計畫（2021C01006）、遼寧省揭榜掛帥科技攻關專案、浙江省自然科學基金（LY19F040002）等項目的資助。
*福建計量科學研究院國家光伏產業計量測試中心（NPVM）是受《Solar Cell Efficiency Tables，version 57》認可的認證機構。
圖1福建計量科學研究院國家光伏產業計量測試中心認證報告截圖
圖2（a）中科院寧波資料所TOPCon電池結構示意圖；（b）全世界主要研究機構及企業在n型TOPCon電池效率的進展，紅色★代表中科院寧波資料所（NIMTE-CAS）
圖3金辰股份子公司蘇州拓昇與中科院寧波資料所團隊開發的管式PECVD裝備