高端访谈：TOPCon世界记录是如何被打破的？

一道新能再次创造新的TOPCon电池效率纪录。

本期对话嘉宾

■ 宋登元博士

■ 一道新能首席技术官、国家可再生能源与氢能技术总体专家组专家

2023年9月，经国家光伏产业计量测试中心(NPVM)认证，搭载一道新能自主研发的TOPCon4.0核心技术的电池效率再创新高，大面积电池(面积为333.4cm²)效率突破26.33%，打破了一道新能今年5月创造的26.24%效率记录，再创大面积TOPCon电池效率的世界纪录。

新纪录发布的第一时间，PV Tech对一道新能CTO宋登元博士进行了专访，通过近距离的深度访谈，让我们来进一步了解这家快速崛起的光伏之星屡创纪录背后的故事。

以下是访谈实录：

世界记录是如何被打破的？

PV Tech：首先祝贺一道新能再次创造新的TOPCon电池效率记录，我们注意到记录刷新关键是搭载了一道新能TOPCon 4.0核心技术，您方便就核心技术与之前的3.0技术，具体展开讲讲他们有哪些创新突破及优势吗？

宋登元博士：TOPCon 4.0相对于TOPCon3.0是一个比较大的飞跃，TOPCon3.0之前用的是一些已知的提效技术，如激光SE、背面超薄多晶硅层以及正面多层钝化技术等，效率再往高走就需要用新的技术，我们把TOPCon 4.0定义为具有四新特征的技术，他是一个革命性技术的应用，具有如下特征：

第一是新的载流子传输机制，第二采用了新电池结构设计，第三采用了新的Poly-finger等技术应用，第四是采用了新材料，也就是新机制、新结构、新技术和新材料，这样才能把电池效率进一步提升。

首先，采用新的传输机制上，将对电池效率的提升产生非常大的作用。我们目前的TOPCon4.0最高电池效率是26.33%，未来肯定能超过27%。

对太阳电池来说，载流子输运机制是最重要的。例如现在的计算机、手机里的电子器件电子传输都基于经典牛顿力学，未来要量子器件将基于量子力学原理，这样传输的速度会非常快，这是新机制。我们用新Poly-Si/SiOx/c-Si界面设计，提升了界面势垒的高度同时压缩了势垒的宽度，使电子穿过势垒的隧穿几率大幅提升，可以大幅提升电池的短路电流和填充因子。

第二新结构，太阳电池的结构决定着它的性能和效率极限，现在每家设计的TOPCon电池在电池结构都有差别。TOPCon4.0电池新结构的设计，重塑载流子遂穿结构，更有利一种载流子通过，而另外一种载流子被排斥在外，即提升载流子的选择比。同时采用高通量载流子注入技术，大幅降低金属/硅接触的复合电流。

三是新Poly-finger等技术的应用，Poly-finger是提升电池性能比较好的技术，但实现起来比较难。我们在TOPCon 4.0部分采用了一些Poly-finger，这种新技术首次用在TOPCon高效电池上，进一步提升了光谱的利用率，因为太阳能光谱利用越高，电流越大，电压会越高。

最后是新材料的导入，新材料的导入，大幅降低了发射极俄歇复合，使短波长300nm的外部量子效率EQE特性提升到85%以上，这是目前最高的短波长光谱响应。四种新技术的使用支撑起了TOPCon4.0的飞跃，目前正在导入量产，未来提升效率的空间非常广阔。

PV Tech：针对TOPCon电池技术的效率提升，您认为研究的重点有哪些方面？下一步，还有什么新技术或方法储备？

宋登元博士：现在我们四新的技术支撑正在从3.0向4.0过渡，技术的潜力非常大，有下面几个方面，一个是四新技术优化或改进的潜力比较大，效率可以到27%以上，提效是围绕着四新来进行。对于太阳电池来说，核心是怎么高效的利用太阳能光谱，这是一个永恒的主题。因为光谱对于每一种光伏材料来说，只能吸收太阳光谱的某一段，比如晶硅只能吸收300-1200纳米，再宽再窄也没法吸收，所以要尽可能的把所有光谱都能吸收。现在我们做到26.33%，理论效率是可以达到29.4%，所以提效空间非常大。

其次是结构的优化，引入更优的材料，利用更精细的技术，会把光谱的利用率再提升。此外，我们也在布局一些其他技术路线，从工艺上来说，储备的非常多，也有比较多的方法，例如使用更低功函数或更高功函数的材料做钝化接触层，激光处理技术以及优化结构设计技术都能进一步提升TOPCon 4.0的效率。

科研没有捷径：认准TOPCon集中力量

PV Tech：公司成立5年就已研发出四代TOPCon技术，效率也从22.3%提升到26.33%，一道有什么“秘诀”吗？公司是怎么做到的？

宋登元博士：这是公司的科研文化造成的。一道新能不管是在技术，还是市场的表现上升都非常快，特别是TOPCon竞争力非常强，出货量已经进入全球前三。首先对光伏技术的选择非常准确，认准一个技术，集中优势科研力量，也就是好钢用在刀刃上。其次是高的科研效率何科研投入，技术路线看得准，科研效率就非常高，我们认为技术路线需要根据光伏第一性原理，高性价比低LCOE的技术一定会有高的市场份额。第三是科研文化。一道的科研文化是脚踏实地一步步的走，科研创新没有捷径，需要逐渐的深入才能出成果。按刘勇董事长的要求，要“主动创新、勇于创新、善于创新、包容创新”，基于这些理念，我们5年研发了4代技术TOPCon技术。

不管是TOPCon、HJT、xBC还是它们的混合的电池技术，如HBC、TBC等，效率都是超过25%的技术路线，还有CIGS等薄膜电池及钙钛矿电池。美国可再生能源实验室发布的最高太阳电池效率表，有26种太阳电池技术，每种太阳电池都有自身的优缺点，但适应光伏产业化的技术并不多。这是由于光伏最终面向的是能源市场，如果比传统能源贵很多，实现清洁能源替代的进程就比较慢，传统能源将继续占主流时间就长。目前晶硅电池技术就因为发电便宜又清洁，所以它的占比在97%以上。TOPCon出圈之道！这家光伏企业的创新力有多强？

PV Tech：从长远来看，一道新能的高效电池技术路线是怎么规划的？为什么这样规划？近期有行业龙头提出全力发展BC技术路线，对此，您怎么看？

宋登元博士：实际上除了主流做TOPCon电池，我们同时布局了很多技术路线，考量也是多维度的。一是效率提升方面，晶硅电池的效率瓶颈是29.4%，实际上单结太阳电池效率极限基本都在30%左右，包括新型的钙钛矿电池，如果要超过理论上的29.4%，到后硅时代，就需要用一些创新技术，那么后硅时代技术路线如何布局，从效率上，一道新能与澳大利亚新南威尔士大学合作布局了超过40%的SFOS太阳电池技术路线。

第二个维度是市场方面，适合于产业化的光伏技术比较单一，特别是在PERC时代。目前PERC池的市场占比在逐渐降低，新的电池技术TOPCon、HJT、xBC等出现了百花齐放的局面，拼的是高性价比和高可靠性。未来更多的还要考虑产品多元化，面对不同的市场如目前装机量比较多的分布式光伏(工商业、户用分布式)、离网系统、微网等做不同的产品解决方案。这些市场应用的场景也不一样，还要考虑不同的气候区的光谱和发电量表现。比如西藏高原是高寒、高海拔、低气压；海南高湿、高温；在极寒的漠河地区，冬天的气温达到-53度，还有沙漠、海上光伏等场景都不一样，我们我们要加强针对不同气候区和市场应用的产品研究。

还有从材料维度看，太阳电池效率提升是材料技术的进步推动的，未来有什么新材料可能会引起新技术路线变局？一道在以上三个维度都在布局，现在主要是TOPCon技术，对目前的大规模发电市场来说，是一个成本最优、效率最高的技术。

TOPCon 4.0之后我们规划了CSPC技术，是一种基于高效选择性载流子的技术，4.0部分用了这一原理。CSPC技术预期能效率能到28%。超过这一效率就需要使用叠层电池技术。目前一道新能正在发展硅和钙钛矿叠层TSiP叠层技术，我们与科研伙伴正在加紧这一技术的研究。对于效率超过35%的电池，我们与澳大利亚新南威尔士大学马丁格林团队在研究SFOS电池，这种电池的理论效率可以超过40%，但研究的难度也非常大。

近期比较热的xBC技术，一道新能也早有布局，目前试验线电池平均效率已经超过25.2%， 预计xBC组件产品将于今年年底发布，主要面向分布式的市场，特别是海外市场。同时，针对不同的应用场景和气候区，从材料、电池设计、工艺等来满足不同的细分市场要求，目前一道已经研发推出了适用于海上光伏、沙漠光伏、城市光伏等18种解决方案。随着一道的迅速成长，研发投入的增加，各种技术路线的研发会发展更快。

电池效率25%以上，量产拉开差距

PV Tech：从研发到量产，我们发现行业不少公司的TOPCon电池量产存在一定困难，您觉得TOPCon量产的难点有哪些？一道是如何克服的？

宋登元博士：这是一个非常好的问题，目前来看TOPCon的产能很大，实际出货量远远低于预期，特别是目前TOPCon电池和组件在市场上非常紧俏。光伏进入了一个25%+的全新高效率时代，不论任何技术路线，实现超过25%量产效率是一个比较高的门槛。如果没有深厚的技术积累与技术团队，要实现高良率的量产中就会遇到种种困难，实现规模化量产的爬坡过程就会很长。

举个例子，澳大利亚新南威尔士大学马丁格林实验室从70年代初成，一共用了20余年，直到 1999年把晶硅电池效率实验室效率提高到25%，一直保持到2016年才被打破，通常实验室用的技术不计成本，所有高精尖装备用上才能做到。而现在大规模量产要超过25%，可想难度非常大。一道新能做到超过26%，依靠的就是深厚的科研积累。

量产需要达到25%，第一是结构设计， 每家公司结构都不一样，一道新能利用先进的电池仿真工具，把电池结构做到最优化。其次是工艺创新，看似每家的工艺流程都一样，但实际上实现的工艺方法有很Know-how在里面，这些决定了电池的良率以及能达到的效率。

还有人才队伍、联合研发装备能力以及新材料选择能力。一道有比较好的科研文化和技术团队基础，在做研发时我们就想到了量产，研发实验室和产线的基本配置一样，而且能够试验各种材料、设备，成功之后，为量产提供最佳技术路线和设备配置，研发和生产做到无缝衔接。这样做科研成果很容易转化到产线上。

PV Tech：随着TOPCon电池组件产能的不断扩大，新进者不断增加，行业也面临新的同质化隐忧，一道新能怎么在激烈的市场竞争中保持领先？

宋登元博士：首先得把这个行业特点看透，理解这种现象才容易，任何产业都有自身的特点。光伏本质上是能源产品，太阳能发电需要用电便宜及长期可靠性，这种技术路线并不是很多，所以就会出现很多人做同样的技术路线的情况。但是，对于光伏电池和组件，我们不能光看产品的外表，“长相“一样就认为是同质化，实际上对于同一种技术路线，比如TOPCon等，不同生产厂由于其设计结构、制造工艺和材料BOM的不同，造成了不同的发电表现，所以在市场上就有不同的竞争力。我认为在这种情况下它们是不同的产品，尽管他们看起来表面相似，也使用了同一种技术路线。

避免产品的同质化竞争，需要在技术源头上的投入，所以光伏各产业链条都会想尽办法去降低成本、提升效率，从而带动整个产业链，设备成本降低非常快。一道新能做TOPCon，积累深厚，一代代迭代最快，能够为客户创造价值是更大的竞争力。在激烈的市场竞争中需要时刻去关注，保持技术领先，技术总在迭代，保持技术全方位的开发。主流技术能做到最好，其他领域又提早布局，公司有更多的技术储备，这样会在竞争中永远处于不败之地，一道新能一直保持这个基本的理念。

PV Tech :好的，谢谢宋博，说得非常好，也让我茅塞顿开，要两面性的去看问题，对于企业来说会更鞭策自身努力发展，从而推动整个行业的进步，非常感谢您的分享，您还有其他补充吗?

宋登元博士：最近媒体各种观点比较多，从技术路线看，技术都是一代代进行迭代，任何一个技术既不是起点也不是终点，总在一步步前进，对待技术路线争论也要保持一个科学态度，他们都是相互促进，并不是你死我活的。在我们的科技发展历史长河中，任何一个技术肯定会被淘汰，不淘汰人类就不会进步。比如汽车发明100多年了，现在和100年前的汽车不一样。

不管是 TOPCon还是其他技术，终究会被新的技术所迭代，都要符合科学发展规律，做什么事情要全方位的客观的去看。光伏科学发展是这样，我们通过各种方法来延长一个技术的生命周期，即使对某一种技术挖掘的更深，生命周期更长，最终也会是光伏技术发展过程中的一个“片段”。

(责任编辑：肖蓓)

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