从2024年起，TOPCon技术将成为光伏行业主流已是大势所趋。至2023年年底的光伏容量将超过450GW，这一技术会在未来数年占据市场份额的首位。

所有TOPCon电池的背面都装有钝化触点，大部分电池的正面都装有选择性发射极，从而将电压提高到720mV以上，使电池效率超过24.5%。电池开发的下一步是实现p+极性钝化触点。

为此有两种方案：第一，过渡到正面的选择性多晶硅；第二，直接过渡到TOPCon背接触结构(TBC)。我们将证明第二种方案是有利的，原因有以下几点。

一般来说，正面非金属化是实现最高效率的最佳方案，而背面金属化和互连非常简单。因此，我们预计TBC将在2028年之后占领市场。一些功能强大的组件已在SNEC和Intersolar 2023展会上展出。

从当年说起：n-PERT到PERC

n型晶硅(c-Si)技术正在崛起。

2011年，n-PERT等低成本双面n型技术成为彼时占主导地位的Al-BSF技术的替代品。然而，双面PERC很快在竞争中胜出并在2018年成为主流技术，其太阳能电池效率远高于22%。2020年，PERC成为"能源市场之王"，随着硅片尺寸从M2增至M6，再到现在的M10，双面光伏系统的平准化度电成本(LCOE)降至约1USct/kWh。

2023年，PERC电池效率将达到23.5%的极限，组件效率低于22%。这正是TOPCon、HJT和IBC等n型技术成为下一个风口的机会，这正是当下正在发生的事。

图1显示的是ITRPV2023，目前n型技术与p型技术的市场份额以及至2033年的预期。路线图显示，至2033年(即十年后)，n型技术的市场份额将增至70%。然而，这是一个非常保守的预测。

在图1底部，我们将图表与PVInfolink的预测[2]进行了比对。PVInfolink预测，70%的市场份额最早将在明年，即2024年实现，至2023年年底将建成450GW TOPCon、50GW HJT(异质结技术)和40GW IBC(叉指背接触)/TBC(TOPCon背接触)产能。

来自中国的最新传言称，1TW TOPCon电池产能设备已经建成。从PERC到n型技术(尤其是TOPCon)的转换速度将不亚于从Al-BSF到PERC的转换速度。

图2显示了n型转换的过程。许多创新企业已在2018年之前推出了n型技术，如三洋、Sunpower、LG电子和英利。

图2来自Finlay Colville在2023年柏林PV CellTech会议上绘制的图表。它撇开了2018年之前的低成本双面n型技术创新企业，如PVGS、sunpreme、MegaCell、天合光能和Adani。之后的早期采用者是中来股份、Hevel、REC Group和林洋等。

然而，随着晶科能源、晶澳太阳能和隆基公司等首批大型一级制造商采用TOPCon技术，缓解措施的决定性阶段开始了。如今，爱旭和通威也在走n型路线，中国的其他厂家以及印度也将随后跟进。

这一过程与转向PERC的过程类似。可以预见，TBC也将遵循同样的路线。图2b)显示了我们预测TBC将如何向光伏市场渗透。目前，在2025年之前，我们有像Sunpower、天合光能、国家电投、爱旭和Valoe Cell这样的创新者。随后，中来股份、伏图拉新能源、Insola和CARBON等早期采用者也将跟进。

然而，大型一梯队制造商将再次接手，从2028年起，TBC将主导光伏市场。将电池电压从TOPCon的725mV提高到740mV的实际最大值，这仅仅是光伏历史的简单重演。
最后，图3描述了2000年-2030年光伏电池技术的30年发展历程。光伏的现代时期始于2000年左右德国实施的上网电价，当时的光伏电池采用非常简单的Al-BSF结构和由SiNx钝化的均质发射极以及丝网印刷金属化接触发射极，薄层表面电阻率约为50Ohm/sq。也是在那个时候，mc-Si在光伏市场上占据了主导地位，其衬底面积为10×10cm2，之后是12.5×12.5cm2，最后是15.6×15.6cm2，这是之后很长一段时间内的标准。

2011年，当我们在Konstanz开始举办n-PV研讨班时，英利、PVGS和BOSCH太阳能公司的nPERT以及MegaCell、Adani和REC的nPERT等更先进、成本更低的n型概念进入了市场，这主要是因为双面应用引起了人们的兴趣。

然而，从2018年开始，当p型Al-BSF技术达到21%的效率极限，以及隆基推出低成本p型Cz-Si硅片时，双面PERC技术获得了推动力并占据了市场主导地位，将Al-BSF以及mc-Si技术完全挤出了市场。nPERT概念也失去了市场份额，它们现在不得不与PERC、而不再是Al-BSF进行比较。

从天合光能、REC、中来股份、Sunpreme等公司开始，TOPCon和HJT的发展势头也很迅猛。为了降低生产成本(提高产量)和取代那些无法顺应M10(半方形18.2×18.2cm2)和G12(全正方形21.0×21.0cm2)等大型硅片趋势的小型n型制造商，隆基、阿特斯、晶澳、晶科能源等实力雄厚的PERC制造商采用了这种技术，因此向n型的转换也被推迟了。

然而，如上所述，由于PERC从2021年起将达到其效率极限(开路电压Voc约为695mV)，第一家大型一梯队制造商晶科宣布了转向TOPCon的重大计划，这才开始引起人们对TOPCon的真正兴趣。

2023年，TOPCon的产能将增至约450GW，HJT为50GW，IBC/TBC为40GW。TOPCon与PERC的关键区别在于钝化背面沉积技术，这种技术目前正在经历一场最具成本竞争力的竞赛。在多晶硅沉积领域，从LPCVD向PECVD和PVD的转变也非常迅速。

这也是为什么TOPCon会在未来几年无可匹敌，并将HJT(另一种"新兴"n型技术)保持在较低产能水平的另一个原因，HJT现在要与TOPCon而不是PERC进行比较。未来合乎逻辑的一步是将TOPCon"升级"为TOPCon背接触(TBC)，因为要达到约740mV的电压，就必须在p+极性上采用载流子选择性触点(钝化触点)。

由于多晶硅层的吸收率过高，无法实现正面的全面积应用，因此用在背面更为容易。TBC成功的另一个非常重要的原因是，在背面更容易采用丝网印刷触点，例如背面的铜或铝触点，这将在第4节中介绍。

我们认为，采用铜或铝丝网印刷的双面TBC将从2028年起成为主流。与此同时，光伏界正在开发以n型晶硅电池为底部电池的叠层技术。据我们所知，正面为钙钛矿的4端叠层和低成本的铜或铝丝网印刷双面TBC电池是2030年后进入市场的最合适的候选产品。然而，钙钛矿的稳定性、均匀性和许多其他特性仍有待大幅提升。

光伏市场上的IBC技术

光伏市场上存在多种IBC概念。每个双面概念，如PERC、nPERT、TOPCon和HJT，都有其对应的IBC技术。我们将不在下文中讨论HJT，因为目前光伏市场上只有前三种共存。此外，Meyer Burger和其他公司开发的HJT IBC也更倾向于TBC方向，因为在IBC结构中加入非晶硅层要复杂得多。
图4显示了这三种概念和相应的IBC/TBC结构。隆基生产具有铝和银丝网印刷触点的所谓POLO IBC电池。这种技术的开路电压限制在约725mV。国家电投和ValoeCell目前生产ZEBRA技术产品，该技术由ISC Konstanz开发，是nPERT(BiSoN)技术的升级版。

据我们所知，ZEBRA技术是唯一一种使用POCl3和BBr3扩散残留物(PSG和BSG)作为钝化层的技术，无需使用AlOx钝化层。此外，这种采用标准扩散(无载流子选择性触点)的太阳能电池具有高达705mV的最高开路电压。

在图4的最右边，你可以看到从TOPCon到TBC的演变进程，到目前为止，Maxeon和爱旭使用电镀或丝网印刷等其他方法生产这种电池。我们相信，这项技术将是继TOPCon之后的又一重大突破，但采用的是铜和铝丝网印刷技术。目前，我们正在将ZEBRA与TOPCon(TOUCAN)技术相结合，进一步开发这种技术。从2024年起，国家电投和伏图拉新能源将率先采用该技术。

图5显示了目前光伏市场上并存的三种IBC技术，从左到右依次为：

1，不带钝化触点的IBC，0PC，国家电投和ValoeCell提供，功率705MW；

2，带n+钝化触点的IBC，1PC，隆基提供，功率720MW；

3，同时带n+和p+钝化触点的IBC，即所谓的TOPCon背接触，TBC，Maxeon和爱旭提供，功率735MW。

第一个概念被称为ZEBRA技术[5,6,7]，是由国家电投生产的250MW M6太阳能电池，由ValoeCell生产的80MW G1太阳能电池。国家电投制造了唯一的IBC双面组件(ANDROMEDA 2.0)，如图11所示。

第二个1PC POLO-IBC概念电池是由隆基在一家30GW工厂生产的；TBC(2PC)由Maxeon生产，产能为0.6GW，爱旭(即所谓的ABC)产能为0.5GW，并计划扩大到6.5GW。

伏图拉计划在中国生产1GW polyZEBRA电池(TBC)，这是在慕尼黑的Intersolar2023大会上宣布的消息，国家电投尚未确认从2025年开始产生TBC的计划。

表1显示了市场上所有IBC太阳能电池和组件技术，或正在开发中的ipvStuttgart技术的特性。

ZEBRA太阳电池的最高效率为24.6%，是效率最高的无电荷载流子选择性触点太阳电池。ipvStuttgart公司激光加工技术的效率为23.3%，中来股份的IBC效率也达到了23%-24%。与2PC技术相比，0PC IBC的优势在于其工艺非常接近PERC。

但是，这种技术的电压被限制在705mV，这就是为什么1PC和2PC IBC越来越重要的原因。隆基的电池在24-25%之间，电压限制为725mV。隆基概念的优势在于它采用了p型Cz-Si硅片和铝网金属化工艺，更接近PERC。

不过，与0PC技术相比，即使更接近PERC技术，它的加工也并不容易，此外，由于铝结构不能轻易的通过焊接或胶粘进行连接，互连也相对复杂。因此，未来属于目前仅由Maxeon和爱旭所生产的2PC TBC技术。在电压接近740mV时，这种技术的效率超过25%。然而，目前人们仍然认为金属化是通过电镀(或至少没有丝网印刷)完成的。据我们所知，由于种种原因，这种方法在未来不会成功。因此，ISC Konstanz首先研究的是用于ZEBRA的先进的铜和铝丝网印刷金属化，然后会在2024年转移到TBC(polyZEBRA)。

表1最后一行显示了光伏市场上相应的组件技术(如有)，其中国家电投的ANDROMEDA 2.0为22.3%，隆基的POLO IBC为23.0%，Maxeon为22.8%，爱旭的BlackHole技术为23.5%。

然而，隆基公司的p型POLO IBC并未在Intersolar2023展会上展出，由于材料和太阳电池工艺本身存在诸多挑战，我们预计其生产会被关闭。因此，TBC将是未来唯一的背接触技术。

图6显示了2023年三季度光伏市场上效率最高的组件，它们都是基于n型技术的(隆基的技术除外)，TBC技术位列前四。

据我们了解，Recom的BlackTiger组件是爱旭的代工产品。我们坚信，未来4年，TBC技术将占据前10-15名的位置，预计从2028年起，TBC技术将取代TOPCon，占据最高的市场份额。图7以非常简单的方式说明了原因。

这方面的论据也非常简单：使用TBC技术，太阳能电池的正面是完美的，无需在正面进行选择性多晶硅结构和金属化处理。背面的工艺则简单得多。允许使用铜丝网印刷，甚至铝丝网印刷，这在正面是不可能实现的，而且不会由于遮蔽效应而损失功率。此外，使用标准叠层技术，特别是在叠层工艺中使用三维互联模式或导电粘合剂或导电背板技术将电池连接在一起也非常容易。目前，我们更倾向于使用图7右下方所示的负间隙技术标准组串，实现最高的双面性能。


这种可为背面金属化提供较大自由度的固有优势使TBC成为最适合1TW年度光伏市场(预计始于2027年)的技术。为此，需要使用替代金属化材料，这种材料应易于通过丝网印刷用于背面。我们将在接下来的章节中介绍如何实现这一目标。

标准ZEBRA IBC技术

如前所述，标准ZEBRA太阳能电池由中国西宁的国家电投和立陶宛Vilnius的ValoeCell制造[15,16]。据我们所知，这是一种标准的扩散型太阳能电池技术，其最高开路电压可达705mV。这归功于我们专有的先进丝网印刷技术，其中仅有1.5%的发射极表面与银触点接触。如图8和图13所示，其余的fingers和栅线都浮在SiN抗反射涂层上。

图8显示的是一块M6 ZEBRA电池的背面，左侧是6根栅线，中间是图片和金属化原理图，最右侧是电池的横截面。每两个finger由正极和负极栅线下方的隔离浆料覆盖，形成了3D丝网印刷金属化的布局。


与PERC工艺流程相比，n型技术的工艺流程如图9所示。由于ZEBRA IBC技术是基于PERC和TOPCon的，因此它的工艺流程也非常精简。

HJT序列看起来很简单，但工艺的复杂性只是其中一个特征。产能和产量是另外两个非常重要的参数，它们使PERC、TOPCon和ZEBRA IBC等经典技术在运营成本方面无可匹敌。ZEBRA IBC技术在国家电投中国西宁工厂的量产结果见图10，参数汇总见表1。

在平均开路电压为700mV时，带有9条栅线的M6 ZEBRA IBC太阳能电池的平均效率为24.2%，在开路电压达到704mV时的最高效率为24.6%。电池的含银量为200mg/W，具备很大的改进潜力，下文将对此进行讨论。ZEBRA IBC技术的焊接方式与标准太阳能电池类似，因此也适合作为组件级的低成本产品。图11显示了光伏行业所有双面组件的背面，ZEBRA IBC是唯一一种双面IBC技术，双面系数可与PERC组件相媲美。

由于目前硅和银的价格波动导致持有成本变化很大，因此技术之间的相对差异比绝对值更值得关注。值得注意的是，PERC和TOPCon的持有成本目前处于同一水平(在SNEC2023展上，部分TOPCon组件的持有成本低至17ct/Wp)，而ZEBRA IBC的持有成本并没有高出很多。更高的效率和低成本铜金属化的引入将使双面铜ZEBRA在未来无与伦比。

超越标准的ZEBRA IBC技术

如前所述，ZEBRA IBC的银耗量约为20mg/Wp，由于过高的银耗量，这一技术无法对光伏市场产生重大影响。另一方面，IBC技术是最适合实现铜和/或铝金属化的技术，下文将对此进行讨论。图12显示了仅在栅线(上图)和fingers(下图)上用铜替代银的效果。

图12.左侧为横截面，中间为示意图，右侧为铜膏和铜触点图片。上图显示的只是栅线的更换，下图显示的是栅线和finger的更换

下图的横截面和显微镜图像非常清晰的展示了金属化的概念。银-银触点在金属化过程中有三个主要任务。它们通过氮化硅放电，与发射极和基极接触，并防止铜微粒向硅内扩散。因此，只需4mg/Wp的银即可达到与完全用银印刷的ZEBRA IBC电池相同的效率(见图13)[16]。由于这些是Konstanz ISC的研发成果，因此其效率低于国家电投的量产效率。不过，可以清楚地看到，铜金属化的太阳能电池参数与参考值相同，而铝金属化的太阳能电池参数则略低。
图13 铜和铝金属化ZEBRA IBC太阳能电池参数与银丝网印刷参照物(左)的比较，以及铜(右上)和铝(右下)金属化ZEBRA太阳能电池背面的图片

热板法、温度循环以及湿热和拉伸试验等大量测试均取得了成功[17]，因此，我们的铜-ZEBRA技术有望在未来几年投入批量生产。

polyZEBRA概念旨在作为标准ZEBRA制造的升级版，它具有相同的后端[19,20]，并相应地会从开发中获益，以同样低的持有成本产生更高的效率。有关这方面的更多详情，请参见最后一节。

polyZEBRA(TBC)概念

如前所述，ZEBRA概念非常简单，而且在生产过程中极为稳定，但仅限于705mV。

为了达到约740mV的实际短路电压极限，必须采用TBC(polyZEBRA)概念，即两极都使用钝化触点。

隆基正在迈出中间的一步，也就是仅使用一个钝化极性，但Intersolar 2023传递的信息表明，他们将停止生产POLO-IBC产品，因为竞争对手的TOPCon产品更为简单，且已超过了720mV。

图15显示了我们的polyZEBRA(TBC)工艺流程之一与ZEBRA(IBC)工艺流程的对比、横截面以及效率的改进。伏图拉新能源计划在2024年投产1GW polyZEBRA电池。由于伏图拉新能源的主要专利将在两年内到期，TBC技术在未来将有更大的发展空间。因此，我们认为TOPCon的下一个合理发展方向将是双面铜金属化TBC。在下文中，我们将讨论组件成本以及光伏系统发电成本。

成本和LCOE

我们已表明，TOPCon将在2024年取代PERC，成为继PERC之后的未来趋势。此后不久，双面丝网印刷铜和/或铝TBC技术将成为光伏发展的下一个合理演进步骤。

目前，IBC技术的应用范围非常广泛，从PIPV、BIPV、VIPV到工业化的双面模式测试系统。图16显示了国家电投、ISC Konstanz和ValoeCell的此类应用。

要使TBC成为下一个热点，我们需要提高效率、降低成本并使组件具有双面性。总之，PERC要取代Al-BSF，TOPCon要取代PERC，这一切都必不可少。为此，我们正在欧盟IBC4EU[18]项目的范围内开展工作，以使TBC技术在欧盟内部的生产成熟起来。图17和图18展示了如何实现这一目标。

图16显示了采用不同金属化方法的PERC、TOPCon和IBC(ZABRA)/TBC(polyZEBRA)组件的持有成本，其中，TOPCon已经非常接近PERC，但效率更高、双面性能更强且衰减更低，这就是它在大型地面项目中展现出优势的原因(见图17)。

ZEBRA和polyZEBRA的成本仍然较高，但随着未来效率的提高以及从银到铜和/或铝的转换，从2027年起，双面铜polyZEBRA将成为追求的理想。

TOPCon取代PERC，再下一步是TBC

我们已证明，TOPCon将在2024年取代PERC，成为继PERC之后的又一重要产品，下一个合乎逻辑的步骤是转向TBC。

我们预计，这会在约四年后，即从2028年左右开始，这是因为TBC具有更高的效率潜力(开路电压为740mV)，而且可以用铜或铝等低成本材料替代银。有了这两种材料，这些新概念电池中的银含量可降至4mg/Wp。未来几年，我们将推进铜和铝ZEBRA和polyZEBRA IBC的产业化。

这项工作将在欧盟项目IBC4EU[19]以及与国家电投、ValoeCell、伏图拉新能源、Insola、Carbon、SolarNord等众多合作伙伴的行业项目中进行。

即将于2023年11月29-30日在Hamelin举行的背接触研讨会将讨论我们和联盟的其他发展成果[20]。2023年6月23日，德国政府发布了意向书[21]，寻找可致力于在第一阶段在德国建设总计10GW光伏产能的公司。

此次招标的技术要求与双面铜丝网印刷TBC技术非常吻合。德国政府正在寻求能够实现24%的组件效率、无焊料连接和可减少关键材料使用的未来技术。我们确信，TBC技术将在恢复欧盟和德国的光伏生产方面发挥非常重要的作用。 

原标题：TOPCon下一步，TBC将成为主流！