从诺奖“量子隧穿”看TOPCon：中来高效电池的物理逻辑

近日，2025年诺贝尔物理学奖揭晓，科学家约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）和约翰·M·马丁尼斯（John M. Martinis）三人获奖，以表彰他们在电路中实现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化方面的贡献。量子隧穿效应这一微观粒子“穿墙而过”的奇特现象，不仅是此次诺奖的核心理论，也是TOPCon太阳能电池实现高效载流子传输的物理基础，早在2016年，中来股份便率先在国内研发基于“量子隧穿”原理的TOPCon电池，中来作为n型TOPCon电池技术变革的重要推动力量，加速了这一经典量子原理在新能源领域的工程化应用。

什么是量子隧穿？

在经典物理学中，一个粒子如果遇到比自身能量更高的势垒，是无法穿越的，就像小球无法自行滚过一座比它起始点还高的山。但在量子力学中，像电子这样的微观粒子，却有一定的概率能够“穿过”这个势垒，仿佛在山上打了一条隧道一样，这就是量子隧穿效应。量子隧穿效应有着广泛的应用，例如扫描隧道显微镜、半导体器件、纳米技术等。

光伏电池的效率秘密？

诺贝尔奖背后的量子效应！

早在2016年，当全球光伏行业大部分企业仍专注于PERC电池的量产与效率优化时，基于第一性原理、致力于为客户提供更高效率的光伏产品，中来便率先基于量子隧穿效应开展n型TOPCon电池研发，并成为中国乃至全球范围内，最早研发并实现GW级量产TOPCon产品的光伏企业之一。

TOPCon，全称为隧穿氧化层钝化接触（Tunnel Oxide Passivated Contact），以“隧穿氧化层+掺杂多晶硅层”的钝化接触结构代替传统的金属接触结构，降低少数载流子复合的同时，通过量子隧穿机制进行多数载流子传输，从而兼顾钝化与良好的电导性能，实现超高的太阳能电池光电转换效率。可以说，量子隧穿效应是TOPCon太阳能电池的核心所在。

TOPCon电池与量子隧穿

中来深入探索了量子隧穿效应在TOPCon技术上的应用，创新研发一种用于制备n型TOPCon太阳能电池背面超薄氧化硅层和掺杂多晶硅层的核心工艺技术，利用等离子体在硅片表面生长一层超薄、高质量的超薄二氧化硅（SiO₂）层。理论上，二氧化硅是绝缘体，对导电的载流子（电子）来说，它就像一个能量的“高墙”（势垒）。在经典物理中，电子如果能量不够，是无法翻过这堵墙的。但是，当这层二氧化硅被做到极薄（1~2纳米，约几个原子层的厚度）时，这堵“墙”就变得非常薄了。根据量子力学，电子不再需要“翻过”这堵墙，而是有一定概率直接“穿过”它。隧穿概率与势垒的厚度成反比，SiO₂层的厚度越小，电子隧穿的概率越高。此外，超薄氧化层本身还提供了“第二层选择性”，能有效阻挡空穴等不需要的载流子注入接触，从而减少在多晶硅或金属处的复合，而允许电子隧穿进入多晶硅被收集。

通过持续的理论探索与工艺技术研发，2019年，中来就建成了全球首个GW级TOPCon电池量产线，是全球最早将TOPCon技术从实验室推向规模化生产的企业。如今，中来股份已围绕TOPCon技术，构建了完善且具有自主知识产权的专利保护体系。

中来TOPCon电池

量子隧穿：赋能中来TBC技术

在n型TOPCon技术大规模量产并引领行业的同时，中来股份已将研发视野投向更前沿的未来。公司正积极布局TBC（TOPCon Back Contact）技术。BC技术可以消除正面栅线的遮光，实现更高的转换效率。TBC技术巧妙地将中来已深耕多年的TOPCon技术，与BC的电池结构设计相融合，能够将电池正负金属电极全部精巧地排列在电池背面，从而彻底消除正面主栅线和细栅线对入射阳光的遮挡损失。

可以说，量子隧穿效应，就是TOPCon和TBC电池能够“封神”的核心技术。它就像一份原子级别的“通关文牒”，让电子能够“穿墙而过”，一举解决了高效电池的两大核心难题：既要大门紧锁（极致表面钝化，锁住能量不流失），又要道路畅通（高效载流子传输，形成强大电流）。

未来，我们探索量子世界的脚步不会停歇。中来股份将继续积极与高校、科研院所及产业链伙伴合作，不断拓宽光伏产品的性能极限，为推动全球能源变革贡献更多“量子智慧”。