寧波材料所在工業(yè)級高效TOPCon太陽能電池方面取得新進展
隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽能電池憑借其高效率與規(guī)?；圃靸?yōu)勢，已迅速崛起為光伏領(lǐng)域的主流技術(shù)。截至2024年，其市場份額已突破晶硅光伏市場的70%。然而，工業(yè)級TOPCon電池仍面臨幾大關(guān)鍵挑戰(zhàn)：柵線過寬帶了較大的光學(xué)遮擋、銀漿消耗量高導(dǎo)致平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）居高不下，以及傳統(tǒng)背面全面積多晶硅結(jié)構(gòu)所帶來的寄生吸收問題，限制了電池的雙面發(fā)電增益。因此，在提升效率的同時，兼顧成本下降與雙面率優(yōu)化，成為TOPCon技術(shù)進一步發(fā)展的關(guān)鍵。
針對上述瓶頸，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高效太陽能電池與寬禁帶半導(dǎo)體團隊在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，基于前期在TOPCon電池領(lǐng)域的積累（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），與捷泰新能源科技有限公司合作提出一項可量產(chǎn)的協(xié)同創(chuàng)新方案。該方案通過結(jié)合正面高精度鋼版印刷技術(shù)與背面局部多晶硅接觸結(jié)構(gòu)，在工業(yè)級M10硅片（面積為335?cm2）上取得了顯著突破，實現(xiàn)了認(rèn)證轉(zhuǎn)換效率高達26.09%的TOPCon電池，同時有效降低了銀漿消耗并顯著提升了雙面率。這一成果標(biāo)志著TOPCon技術(shù)邁向新階段，為增強其市場競爭力奠定了基礎(chǔ)。
在正面金屬化工藝中，采用高精度鋼版印刷技術(shù)替代傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷，制備出高寬比達58.9%的超窄電極柵線，使得單位功率銀耗降低0.12 mg/W。同時，通過銀漿配方的創(chuàng)新，在銀電極與硅界面形成了致密的納米銀顆粒網(wǎng)絡(luò)，將接觸電阻率大幅降低至2.4 mΩ·cm2，提升了載流子傳輸性能。此外，研究團隊開發(fā)了創(chuàng)新的背面局部多晶硅接觸結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)的全區(qū)域覆蓋，將寄生吸收損失降至最低，實現(xiàn)了約90%的高雙面率，從而使得電池在實際戶外工況下的發(fā)電量增益大幅增加。該協(xié)同策略成功打破了“效率-成本-雙面性能”之間的制約關(guān)系，為TOPCon電池的高性能、低成本制造提供了可行且具備推廣價值的解決方案，有力推動TOPCon技術(shù)成為未來太瓦級光伏部署的核心動力。
相關(guān)成果以“Steel-stencil printing and local polysilicon contacts enable 26.09%-efficient industrial-grade tunnel oxide passivating contact solar cells”為題發(fā)表于能源領(lǐng)域頂級期刊Joule（DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102231）。
寧波材料所2023級博士生杜浩江為第一作者，捷泰新能魯偉明博士，蘇州大學(xué)楊陣海青年特聘教授，寧波材料所曾俞衡研究員、葉繼春研究員為通訊作者。這項工作得到了國家自然科學(xué)基金（61974178、61874177）、寧波市“創(chuàng)新2025”重大專項（2022Z114、2020Z098）、遼寧省2021年度科技項目（2021JHI/10400104）、寧波國際科技合作計劃（2024H028）、浙江省重點研發(fā)計劃（2021C01006、2024C01055）等支持。
圖1?高效TOPCon太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能表現(xiàn)
????（光電信息材料與器件實驗室?杜浩江）