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中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 江苏无锡 2020.11.05 基于PECVD 路线 的 高 效TOPCon 晶 硅 太 阳 电 池 技 术 发 展 现 状 叶 继 春 中国科学院宁波材料技术与工 程研究 所 2020 1中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 报告目录 1 2 3 TOPCon PECVD PECVD 4 2中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 PERC 22.5-22.8 → 23.5 TOPCon 23.5-24 → 25 ◆ 钝化接触技术是高效晶硅太阳电池的发展方向（TOPCon ，SHJ ）。 ◆ 隧穿氧化硅钝化接触（TOPCon ）技术具有效率高、 兼容现有产线 等优点，受到行业广泛认可。 ◆ 根据亚化咨询统计2020 年7 月-10月国内新增建设和规划 中的高效太阳电池产能高达173 GW 。TOPCon 技术市场前 景广阔，尤其是平价上网时代即将到来的时候。 晶硅电池技术发展趋势 3中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 Tunnel Oxide Passivated Contact TOPCon n 1.22.5nm TOPCon 技术的定义 4 ✓ J 0,pass 1-2 fA/cm 2 ✓ J 0,met 30 fA/cm 2 Pilot line 24中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 5 硅片 氧化硅 掺杂多晶硅 5大作用 氧化硅的化学钝化作用 扩散掺杂原子的场钝化作用 氧化硅的氢捕获钝化作用 掺杂多晶硅的吸杂作用 掺杂多晶硅的载流子选择性收集 氧化硅/ 掺杂多晶硅作用机理 Sol Energy Mater Sol Cells, 2020. 206 110256 ACS Appl Energy Mater, 2018. 15 2275 Sol Energy, 2017. 155 p. 654 Sol Energy Mater Sol Cells, 2020. 208110389. Sol RRL, 2019. 310 p. 1900105 Sol Energy Mater Sol Cells 2014.131 100中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 Electron-selective J 0,e fA/cm 2 ρ c,e m Ω.cm 2 S 10,e 1 P-diffused n 100 260 12.0 2 a-SiHi/a-SiHn 0.9 100 14.5 3 SiO x /poly-Sin 1 5 15.7 Hole-selective J 0,h fA/cm 2 ρ c,h m Ω.cm 2 S 10,h 4 Al-doped p 550 5 12.9 5 PERC 开孔率4.5 60 10 13.6 6 a-SiHi/a-SiHp 2 400 13.5 7 SiO x /poly-Sip 3 8 15.0 1. IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 6, No. 6, November 2016 2. Solar Energy Materials and Solar Cells 187 2018 39–54 选择因子 定义 理论效率 预测 TOPCon 技术在钝化、接触、理论效率等方面的优势 ◆ 1. TOPCon 2. TOPCon 6中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 硝酸 臭氧水 混合酸 臭氧 等离子氧化 热氧化 等离子体增 强原子层沉 积 湿化学氧化法 气相氧化法 LPCVD PECVD 本征多晶硅 掺杂多晶硅 晶化处理 常规炉退火 快速热退火 链式炉退火 其它方法 多晶硅薄掺杂 管式炉扩散 离子注入 旋涂扩散 掺杂非晶硅 氢化处理 氧化硅制备 掺杂多晶硅薄膜制备 氢化处理 氮化硅 氧化铝 氧化铝/ 氮 化硅 混氢退火 水汽处理 Sputtering 掺杂非晶硅 TOPCon 结构的制备方法 7中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 高效TOPCon 电池及其技术路线 8 25.8 Front junction 26.0 Rear junction ◆ 截至2020 年10 月 ， 全世 界 总共 发 表230 余篇 期 刊和 会 议论 文 ， 为晶硅电池技术的研究热点。 ◆ 高效TOPCon电池效率 ✓ 26.1 全背面电极结构，德国 哈梅林 LPCVD ✓ 26.0 双面电极背结结构，德 国Fraunhofer PECVD ✓ 25.8 双面电极正结结构，德 国Fraunhofer PECVD ✓ 24.87 双面电极正结结构，晶科 能源 LPCVD ✓ 24.0 双面电极正结结构，中 来股份 PECVD 26.1 IBCPOLO ◆LPCVD PECVD TOPCon LPCVD PECVD中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 报告目录 1 2 3 TOPCon PECVD PECVD 4 9中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 PECVD 工作原理 10 LPCVD 工作原理 载版 硅片衬底 多晶硅薄膜 反应气体 SiH 4 载版 硅片衬底 非晶硅薄膜 反应气体 SiH 4 H 2 PH 3 热场 等离子体场 LPCVD 与PECVD 技术的原理中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 ◆LPCVD发展时间较久，技术成熟较 高，然 而过 去2-3 年 间，良率提升缓慢，成本较高， 市场推 广缓 慢 ◆ 主要技术问题  成膜速率低，提高产能代价大  难以原位掺杂，二次掺杂繁琐， 且增加 成本  存在绕镀，刻蚀均匀度难以准确 控制， 且增 加成本  定期停机维护，更换石英炉管和 载具， 成本 高 LPCVD 技术的不足 11中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 12 LPCVD路线 PECVD路线 PECVD 技术优势 成膜速度 3-5 nm/min intrinsic 1-3 nm/min in-situ doping 10 nm/min in-situ doping 掺杂方式 二次掺杂 磷扩散 or 离子注入结合退火 原位掺杂 薄膜绕镀 绕镀，需增加额外刻蚀，且刻 蚀控制较为复杂 原则上可实现无绕镀沉积 轻微绕镀也易清洗 工艺时间 本征非晶硅沉积 （120 min ） 磷扩散 or 离子注入结合退火 掺杂非晶硅沉积（20-40 min ） 晶化退火（30 min ） 耗材成本 较高 无耗材成本 其他 - - 易于制备硼掺杂及其它掺杂非晶 硅 待行业验 证的工作 电池效率 23.3-24 量产 24.87 （最高） 24（中来），需进一步提升 产品良率 90-97 有待验证 设备需求 LPCVD，扩散炉 or 离子注入机/ 退火炉，刻蚀机 PECVD，退火炉 取决于技术方案的配套设备 技术成熟度 较成熟 尚未成熟 LPCVD 与PECVD 技术的技术优缺点中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 13 中来于2020年10 月15 日发 布 全新 一 代J-TOPCon2.0 技 术 基 于新一代 隧穿氧化层 和 无绕镀原位掺杂 非晶 硅沉积的钝化接触技术制造的J- TOPCon 2.0 电 池 ， 其 量产 平 均效 率 可以实现24 以 上， 良 率 达到97 以 上。 中来对PECVD 技 术 的 肯 定 LPCVD →PECVD 摘自每日光伏新闻 PV-Tech 10月15日中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 量产装备技术研发现状 普乐、艾科威智能、 磁 控溅射 金辰/中科院材料所、CT 、 微导、松煜 、 管式PECVD Mayer Burger 、中电48 所、理 想万里晖、 板式PECVD SEMCO 、Tempress 、普乐、 拉普拉斯、捷佳伟创、 江苏杰太 板式PECVD 概念验证 样机开发 量产机台  LPCVD  PECVD PECVD PECVD 14中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 15 ◆板式PECVD 1. √ 科研界验证多年，技术可信度 高 2. √ 有SHJ 设备可以借鉴，设备成 熟度较 高 3. 设备价格较高 4. 占地面积较大 5. 或需定期停机维护 ◆管式PECVD 1. √ 设备价格较低 2. √ 占地面积小 3. √ 维护需求小 4. 无现成设备可借鉴 5. 开发可量产的设备及工 艺 板式与管式PECVD中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 报告目录 1 2 3 TOPCon PECVD PECVD 4 16中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 开发产业用管式PECVD 装备 17 ◆ 2016 年1 月，宁波材料 所TOPCon 项目 研究启 动。 ◆ 2016 年4 月，受博威尔 特公司 委托进 行TOPCon 技术 开发。 ◆ 2018 年底，分别与常州 时创新 能源联 合验证 管式PECVD 技术、与 上海理 想万里 晖联合验证板式PECVD 技术。 ◆ 2019 年8 月 ， 与 苏 州 拓 升智 能 装备 有 限公 司 （ 金辰 股 份子 公 司 ） 共同开发面向 TOPCon电池的管式PECVD 装备及成套工艺。 金辰注册了一个商标PERTOP ， 认 为 该 电池 既 是PERC 技 术 的延 续 ，也 体 现了 钝 化 隧穿 的 概念中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 1）实现了管 式PECVD 连 续稳定高速沉 积 掺杂非晶硅 2）实现了管 式PECVD 制 备 高质量非晶 硅薄膜并集成 氧化硅技术 3 ）实现了管 式PECVD 的 大面积、大产 能、厚度均匀 薄膜制备技术 4）实现了具 有 产业化前景 的TOPCon 电 池制备 研制单位 平均统计数据 中科院宁波材料所 2. Fraunhofer 26.0; 3. ANU 24.7; 4. NIMTE 24.3; 5. Delft UT 23.0 3. 在Sol Energy Mater PECVD 可以赋予TOPCon结构更多的变量来满足叠层电池的需求。 27中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 感谢中科院宁波材料所的支持 感谢全体同事和研究生的辛勤努力，尤其是闫宝 杰研究员、曾俞衡研究员、廖明墩工程师、王玉 明总经理、陈晖博士等项目核心成员 感谢项目资助方及合作单位的信任与帮助 致谢 28中 科 院 宁波 材料 技术 与工 程研 究所 太阳能及光电子器件研究团队 创于2012.08 14位全职员工（4 位研究员，3 位副研，1 位 高 工 ，6 位 中 级 ） 50位研究生 叶继春联系电话18868979669, 微 信 同 号 jichun.yenimte.ac.cn 29
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