從諾獎“量子隧穿”看TOPCon：中來高效電池的物理邏輯

近日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉，科學(xué)家約翰·克拉克（John Clarke）、米歇爾·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）和約翰·M·馬丁尼斯（John M. Martinis）三人獲獎，以表彰他們在電路中實(shí)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)和能量量子化方面的貢獻(xiàn)。量子隧穿效應(yīng)這一微觀粒子“穿墻而過”的奇特現(xiàn)象，不僅是此次諾獎的核心理論，也是TOPCon太陽能電池實(shí)現(xiàn)高效載流子傳輸?shù)奈锢砘A(chǔ)，早在2016年，中來股份便率先在國內(nèi)研發(fā)基于“量子隧穿”原理的TOPCon電池，中來作為n型TOPCon電池技術(shù)變革的重要推動力量，加速了這一經(jīng)典量子原理在新能源領(lǐng)域的工程化應(yīng)用。

什么是量子隧穿？

在經(jīng)典物理學(xué)中，一個粒子如果遇到比自身能量更高的勢壘，是無法穿越的，就像小球無法自行滾過一座比它起始點(diǎn)還高的山。但在量子力學(xué)中，像電子這樣的微觀粒子，卻有一定的概率能夠“穿過”這個勢壘，仿佛在山上打了一條隧道一樣，這就是量子隧穿效應(yīng)。量子隧穿效應(yīng)有著廣泛的應(yīng)用，例如掃描隧道顯微鏡、半導(dǎo)體器件、納米技術(shù)等。

光伏電池的效率秘密？

諾貝爾獎背后的量子效應(yīng)！

早在2016年，當(dāng)全球光伏行業(yè)大部分企業(yè)仍專注于PERC電池的量產(chǎn)與效率優(yōu)化時，基于第一性原理、致力于為客戶提供更高效率的光伏產(chǎn)品，中來便率先基于量子隧穿效應(yīng)開展n型TOPCon電池研發(fā)，并成為中國乃至全球范圍內(nèi)，最早研發(fā)并實(shí)現(xiàn)GW級量產(chǎn)TOPCon產(chǎn)品的光伏企業(yè)之一。

TOPCon，全稱為隧穿氧化層鈍化接觸（Tunnel Oxide Passivated Contact），以“隧穿氧化層+摻雜多晶硅層”的鈍化接觸結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬接觸結(jié)構(gòu)，降低少數(shù)載流子復(fù)合的同時，通過量子隧穿機(jī)制進(jìn)行多數(shù)載流子傳輸，從而兼顧鈍化與良好的電導(dǎo)性能，實(shí)現(xiàn)超高的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率?？梢哉f，量子隧穿效應(yīng)是TOPCon太陽能電池的核心所在。

TOPCon電池與量子隧穿

?中來深入探索了量子隧穿效應(yīng)在TOPCon技術(shù)上的應(yīng)用，創(chuàng)新研發(fā)一種用于制備n型TOPCon太陽能電池背面超薄氧化硅層和摻雜多晶硅層的核心工藝技術(shù)，利用等離子體在硅片表面生長一層超薄、高質(zhì)量的超薄二氧化硅（SiO?）層。理論上，二氧化硅是絕緣體，對導(dǎo)電的載流子（電子）來說，它就像一個能量的“高墻”（勢壘）。在經(jīng)典物理中，電子如果能量不夠，是無法翻過這堵墻的。但是，當(dāng)這層二氧化硅被做到極?。?~2納米，約幾個原子層的厚度）時，這堵“墻”就變得非常薄了。根據(jù)量子力學(xué)，電子不再需要“翻過”這堵墻，而是有一定概率直接“穿過”它。隧穿概率與勢壘的厚度成反比，SiO?層的厚度越小，電子隧穿的概率越高。此外，超薄氧化層本身還提供了“第二層選擇性”，能有效阻擋空穴等不需要的載流子注入接觸，從而減少在多晶硅或金屬處的復(fù)合，而允許電子隧穿進(jìn)入多晶硅被收集。

通過持續(xù)的理論探索與工藝技術(shù)研發(fā)，2019年，中來就建成了全球首個GW級TOPCon電池量產(chǎn)線，是全球最早將TOPCon技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)。如今，中來股份已圍繞TOPCon技術(shù)，構(gòu)建了完善且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利保護(hù)體系。

中來TOPCon電池

?量子隧穿：賦能中來TBC技術(shù)

在n型TOPCon技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)并引領(lǐng)行業(yè)的同時，中來股份已將研發(fā)視野投向更前沿的未來。公司正積極布局TBC（TOPCon Back Contact）技術(shù)。BC技術(shù)可以消除正面柵線的遮光，實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率。TBC技術(shù)巧妙地將中來已深耕多年的TOPCon技術(shù)，與BC的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計相融合，能夠?qū)㈦姵卣?fù)金屬電極全部精巧地排列在電池背面，從而徹底消除正面主柵線和細(xì)柵線對入射陽光的遮擋損失。

可以說，量子隧穿效應(yīng)，就是TOPCon和TBC電池能夠“封神”的核心技術(shù)。它就像一份原子級別的“通關(guān)文牒”，讓電子能夠“穿墻而過”，一舉解決了高效電池的兩大核心難題：既要大門緊鎖（極致表面鈍化，鎖住能量不流失），又要道路暢通（高效載流子傳輸，形成強(qiáng)大電流）。

未來，我們探索量子世界的腳步不會停歇。中來股份將繼續(xù)積極與高校、科研院所及產(chǎn)業(yè)鏈伙伴合作，不斷拓寬光伏產(chǎn)品的性能極限，為推動全球能源變革貢獻(xiàn)更多“量子智慧”。