动态在线连续PECVD镀膜在异质结电池量产设备中的优势（报告人-邓勋明-昆山迅立光电设备有限公司）-solarbe文库

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昆山迅立光电设备有限公司迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传高端真空镀膜设备的研发和制造光伏平板显示半导体节能建筑汽车零部件新材料研发医疗器械非晶硅/ 晶体硅异质结（HAC ）光伏发展与国产化论坛 2018.11.18 江西南昌动态在线连续PECVD 镀膜在异质结电池量产设备中的优势邓勋明 1迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传概要 2 异质结产业的瓶颈--PECVD 设备目前异质结电池发展最大瓶颈是制作4 层非晶硅薄膜的PECVD 设备，每100MW 产能约7000万元。原因目前主要设备供应商均采用静态镀膜方式，节拍时间至少120秒，导致设备成本高。目前异质结电池有1.8GW 产能，已经公告宣布的拟建产能有10GW 。未来10 年实现至少50GW 的异质结产能。在线动态连续镀膜技术的优势迅立光电自主研发和拥有专利保护的在线动态连续镀膜技术采用等离子体不间断的动态PECVD 镀膜工艺可将节拍时间降低到30秒，成本降低2/3 ；避免了起辉时等离子脉冲导致的不良界面镀膜，可以进一步提高钝化效果和电池转换效率可以采用多电极镀膜而无需增加设备和工艺成本。迅立异质结设备和技术迅立光电的在线动态连续“二合一”射频CCP PECVD 量产设备属国际首创可以在6X7 的载板上以～30秒节拍实现每小时4500硅片的镀膜（单台设备制作i-p 和i-n 膜层，达到100MW 产能）。目前已经完成100MW 量产设备的设计和制造，处于调试阶段。量产PECVD 设备制作的非晶硅钝化膜实现了高达4.2ms的少子寿命，实现高质量的硅表面钝化。无等离子辉光脉冲，可以实现高质量的钝化镀膜。动态镀膜导致良好的薄膜均匀性。采用多电极镀膜及预处理和后处理，可以沉积最佳微结构非晶体，实现高效率。迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传目录 3 异质结电池优势异质结产业的瓶颈--PECVD 设备在线动态连续镀膜技术的优势迅立异质结PECVD 设备、技术、规格和优势迅立PECVD 设备的测试情况迅立其它PECVD 和PVD 设备产品公司介绍迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 4 异质结HJT 电池技术及优势异质结HJT电池优点  高效率目前量产平均转换效率可到23 以上，结合IBC 技术最高单片效率做到26.7 ，高效率可节约占地面积和安装成本  双面发电双面发电组件相比单面发电，发电量可增益超过13 。异质结电池双面率90.  高稳定性无PID 现象，无LID 现象，无光致衰退效应；  低温度系数 HIT 电池的典型温度系数为-0.254 ，远低于常规晶硅电池的-0.45, 在实际工作温度可发更多的电。  低制程温度所有制程温度均低于250 ℃ ，节约能耗，  薄片化制程温度低，上下表面结构对称，无机械应力产生，可以顺利实现薄型化；最薄可做到70um，仍可得到高的转换效率。薄片化可大幅降低硅片成本，还可以将异质结做成柔性电池。  低度电成本（LCOE ）每度电的发电成本可比其它电池更低。在光伏行业不同电池技术路线中，异质结（HJT）电池由于具有最高的量产转换效率及其它多方面的优势，而被认为是未来几年最具潜力的技术路线。异质结电池的组成是将n 型硅片两面采用CVD方式镀上4层5 ～10 纳米的超薄非晶硅薄膜及采用PVD 方式镀上2 层几十纳米厚的透明导电薄膜而构成的电池。其中，a-SiH p 与硅片形成p-n 结，a-SiH n 与硅片形成背电场，2个本征a-SiH 层实现表面钝化。异质结电池的镀膜工艺与非晶硅电池非常类似。异质结镀膜设备厂商全是前期非晶硅电池设备厂商。迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传异质结HJT 电池市场分析 5 第9 版国际光伏技术路线图（2018年3 月）三峡资本未来10 年，异质结电池市场将达到 972亿元，产量达到52GW 。年增长率122 。迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 6 国内外HJT 电池主要厂商及其产能企业现有产能现有拟建产能量产效率日本 Panasonic 1GW 1GW 23 美国 Solar City 1GW 日本 Kaneka 20MW 20MW 法国 INES 30MW 30MW 俄罗斯 Havel 60MW 60MW 匈牙利 ECO Soliver 80MW 80MW 意大利 3 Sun 200MW 200MW 日本长洲产业（CIC ） 80MW 80MW 22.8 国外总产能 1.5GW 2.5GW 国内国外总产能 3GW 14.1GW 已经宣布的拟建产能 10GW （10000 兆瓦）。 PECVD 设备需求 7000 万元/100MW X 100 70 亿元企业现有产能现有拟建产能量产效率中智泰兴 160MW 2GW 22.8 晋能 100MW 2GW 23.27 钧石 600MW 1GW 22.43 汉能 600MW 1.8GW 22.5 通威 100MW 200MW 23.0 上澎 30MW 500MW 21.5 中环 30MW 21.5 爱康 2GW 彩虹集团 2GW 国电投 100MW 新日光 NSP 50MW 50MW 国内总产能 1.6GW 11.6GW迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 7 HIT关键设备--PECVD HIT工艺 HIT电池生产设备硅片清洗制绒非晶硅沉积（I/N 和I/P ，共 4 ）透明导电膜电池清洗制绒设备关键PECVD 设备（～7000 万元/100MW PVD 设备丝网印刷及封装设备异质结电池工艺流程大大简化，但对工艺的要求却更为严苛，如洁净度、真空度、温度控制、镀膜质量等，比现有的电池技术要求都要高出一个量级。 PECVD 设备负责完成HIT 电池工艺中最重要的4 个非晶硅层的制备。占整条HIT 产线设备投资额的50 以上。～3000 万元/100MW 100MW 镀膜设备 PECVD 7000万元 PVD 3000万元 100MW 其它主要设备清洗制绒 300万元丝网印刷和烧结1300万元迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传目前HJT PECVD 设备成本 8 设备供应商镀膜方式等离子体节拍时间单位产能成本其他供应商静态PECVD镀膜不断开启和关闭 120 秒～7000万元/100MW 迅立光电动态在线连续 PECVD镀膜不间断 30 秒 2500万元/100MW 沉积多层超薄非晶硅薄膜，在线动态连续镀膜方式拥有巨大的优势每个5nm 的薄层还可以分成几个电极，采用不同的工艺条件（功率密度，电极间距，混合气体，温度，电源频率等）进行沉积避免起辉时的等离子体脉冲而影响成膜质量和钝化效果迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立异质结HJT 电池100MW 量产设备 9 迅立光电HJT 量产镀膜设备在线动态连续镀膜，“二合一” PECVD设备板式、射频、电容耦合PECVD 气体注入采用多层喷淋电极结构条状 Hollow Cathode 阴极设计等离子体不间断，保证高质量的非晶硅膜层又不损伤 a-Si/c-Si 的界面分开的PECVD镀膜区，用于非晶硅本征层和参杂层的镀膜单台PECVD设备100MW产能（4500WPH/2 6 X 7 载板，每个托盘可在42个156mm硅片上镀膜 100MW量产设备已经完成组装，进入调试阶段迅立产品目前市场上的PECVD 设备主要采用静态的镀膜方式，等离子体不断地开启和熄灭，影响设备的使用率和影响非晶硅的成膜质量，尤其是最关键的a-Si/c-Si 界面层的质量，导致设备价格昂贵，异质结电池的潜力没有得到挖掘。目前PECVD 设备价格在每100MW 价格7000万元左右。采用迅立的连续镀膜方式可以大大提高真空系统的使用效率和有效控制界面非晶硅层的生长。设备成本可以降低至少三分之二。迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 10 迅立HJT量产PECVD 设备迅立100MW 异质结HIT 量产PECVD 布局图迅立异质结量产设备采用在线动态连续镀膜方式，等离子不间断，成膜质量高。设备尺寸为24.45m*6.6m迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传动态镀膜优势 11 流量稳定托盘载入托盘传出抽真空沉积镀膜压力稳定沉积镀膜节约至少70 的工艺时间传统静态镀膜工艺迅立动态镀膜工艺真空腔体的使用效率异质结电池迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传动态镀膜优势 12 异质结电池静态镀膜等离子体开启初始阶段，等离子体不稳定，导致界面层薄膜品质变差动态镀膜等离子体处于持续工作状态，等离子体稳定迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 13 主要技术规格迅立100MW 异质结HIT 量产PECVD 设备节拍时间（秒） 33 每个载板上的硅片 42 硅片尺寸[mm] 156.75*156.75 每小时硅片产能 4500/2 i/p-i/n 共用）开机时间 90 转换效率 23 单片功率 [W/Wafer] 5.60 年产能 [MW/Yr] 100 设备尺寸 25m x 6.6m 包含I/N/P 腔体迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 14 主要技术规格迅立200MW 异质结HJT 量产PECVD 设备包含I/N/P 腔体节拍时间（秒） 33 每个载板上的硅片 42 [6*7] 每小时硅片产能 4500 转换效率 23 年产能[MW/Yr] 200 镀膜方式上镀膜设备尺寸 25m x 13m I/N Layer I/P Layer迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 15 异质结HIT 电池量产设备对比目前全球范围内可以提供HJT 电池PECVD 设备的主要厂商设备厂商技术国产化低成本日本爱发科静态CAT-CVD 进口 * 瑞士梅耶博格静态PECVD 进口 * 美国应用材料静态PECVD 进口 * 瑞士INDEOtec 静态PECVD 进口 ** 韩国周星静态PECVD 进口 ** 苏州精曜科技静态PECVD ***** *** 上海理想能源静态PECVD ***** *** 北京捷造静态PECVD ***** *** 昆山迅立光电动态PECVD ***** *****迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立设备运营时控制页面的部分截图 16 迅立光电的二合一PECVD 在线动态连续镀膜 PECVD 量产设备运营时的部分控制页面截图左上总控制页面左下气体流量控制系统右上加热系统迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传 17 28.2 28.1 28.3 28.6 28.0 28.2 28.8 3707 3363 3858 3511 3639 3622 4185 载板内本征非晶硅层厚度nm 分布载板内少子寿命微秒分布载板（托盘）尺寸 67 个6英寸硅片在客户提供的制绒n型硅片镀双面I-layer, Lifetime 量测结果少子寿命（Carrier Lifetime 测试结果为 4.283 msec. Implied Voc 0.740V. 电池平均开路电压 0.727V （最高 0.73V ）均匀度 1.4 采用动态镀膜方式，可得到很好的均匀性。迅立量产设备初步测试结果迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立异质结和背钝化双功能PECVD 镀膜设备 18 迅立产品迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传阀门GV 打开瞬间工艺腔压力波动很小 19 图2. 第二镀膜腔与隔离腔（ISO ）之间阀门打开瞬间，第二镀膜腔压力变化。开门瞬间，第二镀膜腔压力变化6mtorr ，由于隔离腔（ISO ）压力采用皮拉尼真空计，量测精度不高，所以ISO 腔补气压力偏高太多. 图1. 第一镀膜腔与前端IR腔连接阀门（GV ）开门瞬间，第一镀膜腔（AlOx ）压力变化曲线。将IR 腔的气压增加到镀膜腔同样的气压再打开门阀，镀膜腔的压力变化可以小于4 ，不会影响氧化铝和非晶硅薄膜的成膜质量。迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立双功能设备制造的多晶PERC 电池效率量产测试 20 TestTimeDate Comment Isc Uoc FF Eta RserIEC891 RshuntDfDr 18.05.2018-105049 Q--2068 9.314771 0.650117 79.771222 19.660154 0.001945 332.25437 18.05.2018-105051 Q--2068 9.352254 0.651766 79.799899 19.79646 0.001876 447.933134 18.05.2018-105053 Q--2068 9.257871 0.643195 79.503136 19.267042 0.001985 452.72491 18.05.2018-105054 Q--2068 9.349821 0.65062 79.74481 19.742857 0.001908 507.428653 18.05.2018-105056 Q--2068 9.327193 0.648214 79.554168 19.575341 0.001966 828.337207 18.05.2018-105057 Q--2068 9.319761 0.64534 79.425054 19.441435 0.002019 537.316633 18.05.2018-105059 Q--2068 9.304039 0.648719 79.732695 19.585832 0.001831 742.890592 18.05.2018-105100 Q--2068 9.323943 0.646008 79.278675 19.4344 0.001986 903.942132 18.05.2018-105102 Q--2068 9.247563 0.642881 79.613235 19.262853 0.001866 685.408953 18.05.2018-105104 Q--2068 9.276581 0.643193 79.810679 19.380619 0.001684 648.209243 18.05.2018-105105 Q--2068 9.332543 0.648171 79.298676 19.522366 0.002168 1223.118016 18.05.2018-105107 Q--2068 9.277832 0.643577 79.576582 19.337919 0.001887 667.636359 18.05.2018-105109 Q--2068 9.208574 0.641421 79.651265 19.147208 0.001915 818.915007 18.05.2018-105110 Q--2068 9.367935 0.646932 79.462598 19.599398 0.002071 747.746506 18.05.2018-105112 Q--2068 9.342171 0.649416 79.615666 19.658332 0.00202 392.961727 18.05.2018-105113 Q--2068 9.280756 0.645441 79.715355 19.433855 0.001775 521.571368 18.05.2018-105115 Q--2068 9.320363 0.645072 79.438339 19.437848 0.002015 984.996736 18.05.2018-105116 Q--2068 9.302642 0.648742 79.858901 19.614557 0.001765 278.375342 18.05.2018-105118 Q--2068 9.242831 0.646279 79.542576 19.337584 0.002015 883.705424 18.05.2018-105120 Q--2068 9.363621 0.653137 79.638149 19.821955 0.001977 808.325609 18.05.2018-105121 Q--2068 9.230393 0.640047 79.607504 19.140933 0.002007 773.481271 9.30207 0.64659 79.60187 19.48566 0.0019372 675.584723 Average 2000片多晶硅电池的转换效率结果效率均值为19.50 其中最后200片的测量电性参数见列表迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立双功能设备制造的多晶PERC 电池效率测试 21 TestTi m eDate Com m ent Isc Uoc FF Eta RserI EC891 RshuntDf Dr 03. 09. 2018-13 18 19 q-515 9. 367831 0. 654796 80. 10724 19. 99835 0. 001761 794. 674154 03. 09. 2018-13 18 22 q-515 9. 365433 0. 654854 79. 52875 19. 8506 0. 002209 419. 271164 03. 09. 2018-13 18 25 q-515 9. 369855 0. 655119 79. 84939 19. 94812 0. 001996 1422. 127354 03. 09. 2018-13 18 28 q-515 9. 354998 0. 652081 79. 33947 19. 69753 0. 002367 696. 355241 03. 09. 2018-13 18 31 q-515 9. 350382 0. 65101 79. 74123 19. 75501 0. 002073 1227. 195828 03. 09. 2018-13 18 34 q-515 9. 360738 0. 65464 79. 8284 19. 90889 0. 001918 975. 974128 03. 09. 2018-13 18 38 q-515 9. 365319 0. 655315 79. 9207 19. 96223 0. 001907 389. 188979 03. 09. 2018-13 18 41 q-515 9. 350294 0. 651867 79. 36478 19. 68745 0. 002154 220. 348723 03. 09. 2018-13 18 44 q-515 9. 34469 0. 655936 79. 88676 19. 92866 0. 002037 1631. 191289 03. 09. 2018-13 18 47 q-515 9. 328798 0. 654776 79. 86746 19. 8548 0. 00193 758. 010148 03. 09. 2018-13 18 50 q-515 9. 360679 0. 655642 79. 57422 19. 87576 0. 00207 737. 452587 03. 09. 2018-13 18 53 q-515 9. 373671 0. 655988 79. 9035 19. 99627 0. 002075 503. 593007 03. 09. 2018-13 18 56 q-515 9. 359151 0. 652898 79. 48137 19. 76624 0. 002047 583. 45355 03. 09. 2018-13 18 59 q-515 9. 385618 0. 656105 79. 84817 20. 01145 0. 00205 498. 884869 03. 09. 2018-13 19 02 q-515 9. 358589 0. 653279 79. 56179 19. 79659 0. 002096 850. 029718 03. 09. 2018-13 19 05 q-515 9. 357941 0. 651438 79. 63766 19. 75829 0. 00193 607. 984748 03. 09. 2018-13 19 08 q-515 9. 340689 0. 655346 79. 72993 19. 86316 0. 002039 1514. 87629 03. 09. 2018-13 19 12 q-515 9. 335421 0. 652857 79. 81311 19. 79717 0. 001901 753. 859628 03. 09. 2018-13 19 16 q-515 9. 363384 0. 653554 79. 6979 19. 84899 0. 001842 943. 100847 9. 357552 0. 654079 79. 7201 19. 85819 0. 00202116 817. 2406448 Average 2018.9.03日多晶PERC 电池测试结果 200 片多晶PERC 电池平均效率 19.75 单个托盘效率平均最高19.86 与行业最好水平相当）迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立双功能设备制造的单晶PERC 电池效率提升 22 TestDate TestTime Comment Pmpp Uoc Isc FF RshuntDfDr Eta RserLfDfIEC 2018-09-13 113836 A-703 5.198782 0.668739 9.80137 79.315468 362.63174 21.279448 0.002511 2018-09-13 113838 A-703 5.275415 0.671468 9.867792 79.617973 698.25646 21.593119 0.002388 2018-09-13 113839 A-703 5.247191 0.667541 9.854495 79.765415 781.91299 21.477593 0.002291 2018-09-13 113841 A-703 5.267253 0.668963 9.885469 79.649837 714.35199 21.559712 0.002377 2018-09-13 113843 A-703 5.233521 0.669554 9.834529 79.479442 337.83169 21.42164 0.002182 2018-09-13 113844 A-703 5.284877 0.671238 9.873332 79.743345 498.07482 21.631848 0.002392 2018-09-13 113846 A-703 5.207111 0.667934 9.847748 79.163762 409.34412 21.31354 0.002304 2018-09-13 113848 A-703 5.246006 0.67109 9.853182 79.336277 75.120232 21.472745 0.002421 2018-09-13 113850 A-703 5.224237 0.669287 9.851466 79.23364 428.19888 21.383638 0.002351 2018-09-13 113851 A-703 5.29606 0.672672 9.862214 79.831651 756.67413 21.677621 0.002383 2018-09-13 113853 A-703 5.239556 0.667627 9.859496 79.59868 416.57026 21.446343 0.002209 2018-09-13 113855 A-703 5.249483 0.667891 9.862264 79.695638 465.52959 21.486976 0.002276 2018-09-13 113857 A-703 5.239806 0.668394 9.876374 79.375322 356.55835 21.447368 0.002352 2018-09-13 113858 A-703 5.239614 0.667751 9.868445 79.512551 436.49792 21.446579 0.002317 2018-09-13 113900 A-703 5.261433 0.669359 9.861263 79.709979 445.01871 21.535887 0.002231 2018-09-13 113901 A-703 5.193129 0.661923 9.811698 79.960811 221.11355 21.256309 0.002072 2018-09-13 113903 A-703 5.273505 0.67021 9.858584 79.813001 552.35927 21.585302 0.002287 2018-09-13 113905 A-703 5.216058 0.667555 9.820912 79.561562 462.76767 21.350161 0.002257 2018-09-13 113907 A-703 5.21517 0.667677 9.805134 79.661529 547.91943 21.346527 0.002285 2018-09-13 113909 A-703 5.249287 0.667347 9.873293 79.668486 489.26614 21.486173 0.002292 5. 242875 0. 668711 9. 851453 79. 58472 472. 7999 21. 45993 0. 002309 Average 2018.9.12日单晶PERC 电池托盘效率均值 21.46 迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传两个镀膜腔体膜层厚度分布均匀 23 16. 59 21. 37 20. 8 21. 54 20. 93 21. 07 17. 96 18. 9 20. 21 21. 32 托盘行进方向 76. 7 76. 3 86. 3 81. 7 79. 7 75. 3 83. 1 84. 7 78. 7 81. 3 托盘行进方向目前第一镀膜腔 AlOx 不均匀性13.0，有待进一步提高目前第二镀膜腔SiNx 不均匀性6.9迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立非晶硅和异质结双功能PECVD 研发设备该设备用于异质结电池PECVD 和PVD 镀膜技术的开发，尤其是高产能高集成的动态连续镀膜新技术的开发迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立异质结和背钝化双功能研发设备 25 该设备用于异质结和背钝化电池动态镀膜技术的研发。迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立PECVD和PVD高集成卷对卷设备 Dry Etch PECVD PVD PVD Gas Isolation QC 26 柔性基板卷对卷真空镀膜设备在同一真空腔室内，整合了干法刻蚀、PECVD 和PVD 进行连续镀膜，不使用机械隔离门阀迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传迅立PECVD和PVD卷对卷设备柔性基板卷对卷真空镀膜设备迅立光电设备有限公司保密资料- 未经许可不得外传总结 28 异质结产业的瓶颈--PECVD 设备目前异质结电池发展最大瓶颈是制作4 层非晶硅薄膜的PECVD 设备，每100MW 产能约7000万元。原因目前主要设备供应商均采用静态镀膜方式，节拍时间至少120秒，导致设备成本高。目前异质结电池有1.8GW 产能，已经公告宣布的拟建产能有10GW 。未来10 年实现至少50GW 的异质结产能。在线动态连续镀膜技术的优势迅立光电自主研发和拥有专利保护的在线动态连续镀膜技术采用等离子体不间断的动态PECVD 镀膜工艺可将节拍时间降低到30秒，成本降低2/3 ；避免了起辉时等离子脉冲导致的不良界面镀膜，可以进一步提高钝化效果和电池转换效率可以采用多电极镀膜而无需增加设备和工艺成本。迅立异质结设备和技术迅立光电的在线动态连续“二合一”射频CCP PECVD 量产设备属国际首创可以在6X7 的载板上以～30秒节拍实现每小时4500硅片的镀膜（单台设备制作i-p 和i-n 膜层，达到100MW 产能）。目前已经完成100MW 量产设备的设计和制造，处于调试阶段。量产PECVD 设备制作的非晶硅钝化膜实现了高达4.2ms的少子寿命，实现高质量的硅表面钝化。无等离子辉光脉冲，可以实现高质量的钝化镀膜。动态镀膜导致良好的薄膜均匀性。采用多电极镀膜及预处理和后处理，可以沉积最佳微结构非晶体，实现高效率。