许烁烁《核心装备国产化加速异质结电池产业化进程》-solarbe文库

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核心装备国产化加速异质结电池产业化进程湖南红太阳光电科技有限公司 THE RESEARCH INSTITUTE CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION 2020.06 目录 CONTENT 01 02 03 04 05 公司简介异质结电池产品特点板式PECVD设备板式PVD设备小结 2 公司简介湖南红太阳光电科技有限公司成立于2009 年6 月，注册资金3.28 亿元，是中国电子科技集团有限公司（CETC ）三级重要成员单位。是一家以光伏装备的国产化、智能化为使命，专业从事太阳能光伏装备和系列光伏产品的研发、生产制造与系统集成服务的高新技术企业。公司现有员工736 人，其中，技术人员165 人，研究员级高级工程师3 人，高级工程师40 人，博士7 人，硕士83 人。已建成先进装备及光伏产品的开发和验证平台，现拥有光伏装备产业化厂房，为光伏装备提供了高效生产平台。 3 公司简介  国家光伏装备工程技术研究中心产业化基地  湖南省晶体硅太阳能电池工程技术中心  湖南省企业技术中心  中国电子信息百强企业  全国电子信息行业标杆企业  国家智能制造试点示范企业  国家绿色供应链管理示范企业  中国湘商行业领军品牌 4 公司简介 5 异质结电池产品特点 6 量产电池效率双面性工艺步骤数量 N-PERT ～23 是～13 Topcon ～23 是～13 IBC ～23 否～22 HJT ～24.5 是～6  量产效率最高的n 型电池，兼具双面发电性能  效率提升空间和成本降低空间较大，可实现25 以上的量产效率  据InfoLInk 和ITRPV 2020 预测，异质结电池产能在未来10 年将得到迅速扩张  工业和信息化部光伏制造行业规范条件（2020 年本）（征求意见稿）指出新建单晶电池产能光电转换效率要求提升至23 异质结电池产品特点 7  国内电池制造商对异质结电池投资热情持续升温，19 年以来，异质结电池项目投资规模有望突破150亿元时间公司投资规模 2018 年11 月东方日升 2.5GW 高效太阳能电池与组件生产项目 2019 年7 月山煤国际 10GW 异质结电池生产线项目 2020 年2 月通威股份 30GW 高效太阳能电池及配套项目 2020 年3 月中利集团 1GW 高效异质结电池及组件生产项目 2020 年3 月爱康科技 1.32GW 高效异质结光伏电池及组件项目异质结电池产品特点 8  工艺流程简单  工艺温度低  无光致衰减  无电位衰减  低温度系数  更具双面发电优势清洗制绒非晶硅沉积测试分选 TCO 沉积丝网印刷固化 PECVD 设备 PVD 设备  浆料、靶材、核心设备需要国产化  1GW设备成本约为PERC 产线的3 倍  PECVDPVD 设备，占产线设备成本 75 以上 9  通过设备国产化，1GW 异质结电池产线， PECVD 和PVD 的价格有望降低50 以上  湖南红太阳光电科技有限公司致力于板式PECVD 和PVD 设备的国产化，加速异质结电池产业化进程异质结电池产品特点设备类型产能片/ 小时价格万元/ 台 1GW 设备价格万元/GW 进口设备 PECVD 2400 7000 70000 PVD 6000 3000 12000 国产设备 PECVD 5000 6000 30000 PVD 8000 2500 7500 板式PECVD 设备 10  高产能在线式PECVD 系统 55 载板α 机工艺调试中  大面积反应腔体正在优化设计中  单台设备完成双面非晶硅薄膜沉积板式PECVD 设备 11  多个独立的PECVD 模块沉积双面非晶硅薄膜  每个PECVD 模块具有独立的等离子体产生系统自动化上料腔预热腔过渡腔预热腔下料腔载板循环 35m 44m 载板交换过渡腔 I 层沉积 N 层沉积 I 层沉积 P 层沉积板式PECVD 设备 12  特殊腔体结构设计，减少驻波效应，保证等离子体的均匀性  腔壁辅助加热技术，保证整个腔体温度场均匀稳定  射频多点接入技术，具有更佳等电位分布均匀性  采用添加偏置电压的方式提高薄膜质量  快速匹配技术，功率稳定所需时间短板式PECVD 设备 13 测试结果膜厚（nm ）测试模型抛光片 c-Si 1 中心点 108.3 膜厚均匀性1.9 i a-Si on polished c-Si 片间均匀性4.5 边1 104.3 边2 108.3 边3 106 边4 105.9 平均值 106.56 抛光片 c-Si 2 中心点 97.3 膜厚均匀性3.4 i a-Si on polished c-Si 边1 100.1 边2 96.4 边3 93.5 边4 99.5 平均值 97.36 抛光片 c-Si 3 中心点 101.2 膜厚均匀性2.9 i a-Si on polished c-Si 边1 99.5 边2 99.7 边3 101.5 边4 105.3 平均值 101.44 板式PECVD 设备 14  采用高阻n 型硅片，镀膜后硅片少子寿命3000μs 3270 3302 3709 3762 3121 3812 3503 3979 3424 3872 3395 3469 4218 3343 3589 3681 3898 4128 3854 3534 3722 3712 3782 3328 3846 板式PECVD 设备 15  采用高阻n 型硅片，开路电压730mV ，最高可达745mV  电池平均开路电压740mV  电池双面率90  最佳电池正面转换效率23.34 ，背面转换效率22.61 开路电压（mV ）短路电流（A）填充因子（）转换效率（）电池正面 742 9.4987 80.89 23.34 电池背面 686 10.0484 80.19 22.61 板式PECVD 设备 16 类型参数硅片尺寸 156156 ，兼容到210210 载板规格 88 产能 166166 5000 片/小时 180180 3800 片/小时 210210 2800 片/小时设备尺寸 3500060003000（占地面积210m 2 ）沉积薄膜本征a-Si ，n 型a-Si ，p 型a-Si uptime 90 硅片碎片率 ≤0.05 温度均匀性 ≤10 ℃，200 ℃时成膜厚度 40 ～150A 少子寿命 3000 μs 膜厚均匀性片内≤4 ，片间≤10 ，批间 ≤5 板式PVD 设备 17  设备产能8000片/小时  上下双面镀膜，专为异质结电池双面TCO 工艺设计  载板宽度2400mm ，宽度方向可容纳12 片166166 硅片板式PVD 设备 18  腔体模块化设计，根据用户需要可以灵活组合成不同规模的生产线  缓存台独立控制，可实现框的缓存，便于检修和维护，提高设备使用率上料平台加载腔加热腔缓冲腔1 缓冲腔2 冷却腔卸载腔升降平台缓存平台后缓冲腔上反应腔上反应腔下反应腔真空泵组电源电控柜真空泵组板式PVD 设备 19 技术特点之一大跨度旋转阴极靶设计  平衡磁场设计，可调的高磁场强度、更低的电压，有利于减少损伤  独特的靶材冷却设计，增加水路湍流，提升冷却效果，可充分冷却靶材热源，避免冷热不均靶裂，工艺稳定性高  水冷辅助阳极，可吸收工艺过程中多余的电子，减少基片升温，降低溅射损伤阴极冷却水3D模拟板式PVD 设备 20 技术特点之二边缘补气技术  三段进气系统设计，对边缘气流进行补偿  气体流动均匀，片间均匀性好三段布气系统板式PVD 设备 21 技术特点之三多温区均匀控温技术  多组加热器分段控制，可实现腔内温度的均匀分布  加热器垂直载板传送方向，温度均匀性高  工艺腔温度最佳可控制在±5 ℃内板式PVD 设备 22 技术特点之四大载片量、小变形组合式载板  钛合金骨架不锈钢小载板的方式，载板寿命长，变形量小  整体变形量可控板式PVD 设备 23 技术特点之五机械掩膜设计  载板采用自我保护的机械掩膜设计，实现ITO 边缘隔离  台阶宽度1.2mm ，理论机械掩膜宽度0.95mm ，遮挡面积小，电池填充因子高  不会对非晶硅钝化层造成破坏板式PVD 设备 24  100 ℃时，极限机械掩膜宽度0.2mm ，极限放片容差极限0.3mm  工艺温度升高时凹槽边缘由于热膨胀而变宽  可采用卡点的形式，进一步减少机械掩膜的宽度，提高电池填充因子下开口宽度1 上开口宽度下开口宽度2 卡点板式PVD 设备 25 技术特点之六长寿命靶材，使用时间达40 天项目单位 RSP-6000 RSP-8000 目标膜厚 nm 100 100 靶材数量 set 4 6-8 单靶膜厚 nm 25 16.7 沉积速率 nm·m/min 38.8 34.7 靶材长度 mm 2400 2400 靶材内外径 mm Φ 135Φ 153 Φ 135Φ 153 放电功率 kw 10.4 9.26 靶材使用寿命 kwh 8860 8860 靶材使用时间 h/ 天 852/ （35.5） 957/（40）板式PVD 设备 26 技术特点之七多层膜技术  可通过多层膜方式优化TCO 薄膜，提升电池转换效率  采用不同性能靶材，实现多层ITO 薄膜沉积非晶硅薄膜高电导率薄膜高透过率薄膜栅线电极高电导率薄膜板式PVD 设备 27 技术特点之八工艺腔隔离溅射工位设计  隔离旋转磁控阴极溅射工位，便于分层镀膜和工艺优化  增加工艺腔内抽气和控压能力，有利于均匀性分布板式PVD 设备 28  RPD 靶材成本显著高于PVD ，考虑效率增益的附加收入仍极不具性价比  同产能下，RPD 设备成本显著高于PVD  同产能需配置更多设备、附加投入更大，成本劣势显著板式PVD 设备 29 类型参数硅片尺寸 156156 ，兼容到210210 载板规格 1212 产能 166166 8000 片/小时 180180 6700 片/小时 210210 4500 片/小时设备尺寸 3600080002500（占地面积288m 2 ） uptime 91 硅片碎片率 ≤0.05 温度均匀性 ≤10 ℃，250 ℃时成膜厚度 100nm 透过率（350-1100nm ） 91 膜厚均匀性片内≤4 ，片间≤5，批间 ≤3 方阻（Ω ） 50±10 小结 30  异质结电池在未来十年产能将逐步扩大，主要降本途径为异质结电池用PECVD 、 PVD 设备的国产化，导电银浆、靶材成本的进一步降低  板式PECVD 设备实验机台已满足异质结电池工艺调试的需要，后续主要发展方向是增大工艺反应面积，提高设备产能，降低单片电池的设备成本和运营成本  板式PVD 设备产能已达8000 片/小时，目前正处于生产调试阶段；通过多层膜层设计和工艺调整，提高薄膜透过率和电导率  红太阳光电公司始终致力于高端光伏装备的研发与创新，推进高效太阳能电池技术产业化进程，实现装备国产化，服务本土化