5 高效电池用关键设备发展现状及展望--PERC电池用背钝化设备20170416B.pdf

高效电池用关键设备发展现状与展望 - PERC电池用背钝化设备 王俊朝 教授级高级工程师 目录 一、产业现状 二、 PERC电池及相关设备的现状 三、 PERC及关健设备的发展展望 四、结束语 一、产业现状 1、市场剧烈波动，电池、组件价格崩跌，竞争惨烈 2、 2015年开始新一轮大扩产，企业规模进入 10GW级 （ 2007年 100MW级， 2010年 500MW级， 2014年 GW级） 3、 PERC成为量产高效主流技术，产能高速增长 4、自动化成为新增电池产线的标配 5、通过物料节约及管理降本的空间几近极限 ,极度渴望新技术 二、 PERC电池及相关设备的现状 （一）大环境是契机，设备突破变可能为现实 采用全新设备的高效工艺注定只是小众市场技术。 而 PERC电池结构简单、易于升级改造、没有专利问题、潜在效率 25% ！ 提升效率途径只有两个： 1、减少光学损失 ，包括 电池前表面反射损失 如何将反射率从 20%左右降低？ 光陷阱结构、减反射膜 接触栅线的阴影损失 栅线宽度能否降至 40微米甚至以下？ 细栅制作、背电极 长波段的非吸收损失 背钝化 2、减少电学损失 ，包括 减弱光生载流子复合 钝化 （热氧、原子氢、表面扩散）、 增加背场 等 降低半导体和金属的接触电阻 结构、材料、烧结 等 PERC两种作用都有！ （二）获业界广泛认可 1、近年来唯一获公认的高效量产主流技术 2、一线大厂蜂拥建线，产能连续三年几近翻倍增长 竞争激烈，常规电池降本无空间 对新技术极其渴望，期望以技术摆脱对手，哪怕领先一步 真正的技术掌握在设备厂家 3、为什么是 PERC而不是 HIT、 MWT、 N型等 兼容现有产线，效率提升明显（ 0.6%-1%） 投资度可接受（ 2000 2500万 /100MW） 结合其他工艺后手多多（ +SE， +MWT， +双面技术 ） 4、 PERC技术方案逐渐明晰，但仍存变数 PECVD & ALD + 激光开孔 （三）效率及产能不断突破 截止 2016年上半年产能 （四） PERC电池的技术路线 在原有产线上增加镀钝化膜及激光开孔两三个环节、两种设备，效率就可提升 . 首次在背光面想办法： 增加背钝化层，降低背表面复合，提高背面内反射率 PERC的前世今生 1983年由新南威尔士大学马丁格林教授等人提出 1989年经赵建华博士等人改进优化后做出，效率 22.8% 2008年南京中电在国内最早开始 PERC类电池研究，曾用氧化硅钝化、腐 蚀浆料开孔，后逐步改变为氧化铝钝化、激光开孔 2013年 10月晶澳全球最早推出 PERC技术产品 2014年台湾 PERC量产，整体生产品质优异，至今量产效率及良率仍有优势 2015年国内一线厂开始 PERC产线扩张，至今热度不减 （五）钝化材料及设备的选择 常用钝化材料的选择： 1、氮化硅： 应用十分广泛，适应大生产，能够对迎光面钝化，但背面钝化易引发短路电流密度损耗。 2、氧化硅： 900度以上高温热生长制备。近一半膜厚的生长靠消耗硅片表面的硅，且覆铝后高温至 500度后介质膜不稳定。 3、氮氧化硅： 低温 PECVD生长，方法简单，成本低廉。但氮氧化硅沉积面难以可靠接触（ CT早期采用），近期有宣称钝化效率超过 21%案例。期待！ 4、碳化硅： 制备的介质膜 450度以上不稳定 5、氧化铝： 固定负电荷密度高，物理及化学性能均利于作背面钝化膜，唯一的不足是折射率低（ 1.65）， 设备工艺双突破，率先批量应用 背钝化设备 PECVD(等离子体化学气相沉积）厂家： Mayer Burger（板式）、 Centrotherm(管式）、 Manz、 Singalus、丰盛装备（管式） ALD（原子层淀积）厂家： SolayTec（ In-Line ）、 BeneQ（管式）、 Levitech（ In-Line）、 Picosun、理想能源 APCVD（常压化学气相淀积）厂家 : Schmid PVD（物理气相淀积） : 无量产设备厂家 设备的地位越来越重要，除了个别真正实力电池厂家，买到了新设备 =具备了新技术！ 哪种技术路线设备率先突破，那种技术就会占据主导地位！ 背钝化设备 氧化铝膜厚（ nm） TMA 消耗量（ mg/片） 氮化硅覆膜功能 氮化硅覆膜厚度（ nm） 反应气体 沉积速率(nm/min.） 设备特点及应用 代表厂家 1 平板PECVD 15-45 9-10 有 100-120 N2O、TMA、氩气 40100 钝化膜生长及氮化硅覆膜集成一体，设备及工艺相对稳定，市场暂时领先， PM时间长，国产设备基础弱 R&R 2 管式PECVD 15-45 9-10 有 100-120 N2O、SiH4、TMA、氩气 8 膜质较好，有增加氧化硅提升钝化效果潜力，少量试产，损伤及绕镀现象待检验，国产设备基础好 CT丰盛装备 3 ALD 5-10 2-3.3 无 100-120 2 低温沉积，速度慢，膜质好，有多家量产设备在多家使用，只有独立钝化膜制备功能，稳定性待验证 SolayTec、理想能源 4 APCVD 15-25 15 无 100-120 最早期方案，目前已少有 Schmid 几种背钝化设备的比较 2011年， SoLayTec首次评估 ALD技术 2012年， Roth & Rau和 InnoLas Systems宣布平板 PECVD+激光开孔解决方案 2013年， 3D-Micromac公司激光开孔设备的 on-the-fly技术，提升激光开孔效率。 2014年， SoLayTec的 ALD设备 “InPassion”系统进入市场 2014年， Roth & Rau的 MAiA设备，批量交付应用 2014年，台企 PERC电池率先量产，多种设备技术路线，产能 1GW 2015年 03月， SolarWorld大量使用 MAiA 2.1设备 2015年，国内激光开孔设备效果良好，获得市场青睐 2015年，国产 Ideal ALD设备开始试产 PERC多晶电池，后多家跟进试用 2016年，国内一线大厂开始采用 Roth & Rau的 MAiA 2.1设备，产能跃居全球第一 PERC相关量产设备的重要发展节点 平板 PECVD 优点： 有多年氮化硅膜沉积经验，设备工艺相对成熟，用户多便于交流，集成度好，氧化铝与背面的氮化硅层一台设备完成。 缺点： 膜质一般， TMA的耗量高，维护成本高 PM时间长， UP-TIME只有 93% 腔体大，会有锅巴状 AlOx粉末充斥在腔体里，难清洁。 R&R的 MAiA 2.1系统 管式 PECVD 优点： 膜质提升潜力大，可在背面氧化铝及氮化铝膜之间沉积一层氧化硅，钝化效果更好。 缺点： 易发生绕镀现象，制备过程易损伤硅片表面 ALD 优点： 低温（ 200250度）沉积，可以精控薄膜厚度和质量， TMA消耗少， 板式承载方式，生产兼容性和上下料自动化程度高； 缺点： 沉积速度慢，且只能完成氧化铝的沉积，需另外增加 PECVD设备 完成氮化硅覆膜沉积。 尚未有一家设备经市场长期考验，稳定性、开机率等多方面的矛盾仍亟待改进； 1、平板 PECVD钝化设备： 国内基础薄弱，关键零部件受限制，差距大，突破难 2、管式 PECVD钝化设备： 常规氮化硅减反射膜 PECVD国内有良好设备基础，性能、稳定性均与国外相当，产能甚至超过国外同行，只是 PERC电池的配套工艺需要进一步提升，可能是国产设备在 PERC领域 的突破点 3、 ALD设备： 已有量产在线式 设备在多家使用，结合国产管式 PECVD淀积氮化硅覆膜是可行之路 4、激光开孔设备： 国内基础良好，设备性价比优势明显，已占市场半壁江山 （六）国内相关设备状况 三、 PERC技术及关键设备的发展展望 （一）技术潜力大，应用空间广 1、 PERC技术与现有产线兼容度高，易于进行产线升级，常规电池产线超过 60GW的巨大存量产能，可能部分盘活利用。 2、 PERC技术在单晶上效率可提高 1%，在多晶上效率可提高0.6%。未来 PERC可以 +SE+B局部掺杂 +双面电池技术等进一步提升效率，潜力可达 25%。 2016年 10月，德国机械制造商协会（ VDMA）公布了第七版国际光伏技术路线图（ ITRPV）预测： PERC及相关的 PERT、 PERL电池，在 2015年市场份额 10%的基础上，2016年将增至 15%， 2018年将增至 20%， 2020年接近 30%。 工艺改进 常规工艺提升幅度已有限，全新工艺是革命性 电池结构改进 有希望 材料（硅片、浆料等）改进 仍有潜力 过去 10年电池生产流程及工艺变化甚微，效率的提升主要来自于材料及优化生产，过去 5年效率平均每年增加 0.3%，所有技术改进都集中于正面，而 PERC的出现则是首次“动刀”背面，大幅提升效率 1%（单晶） （二）效率提升的三条路径两条依赖于设备 （三）现在的缺陷或不足就是未来的方向 为什么在 2016年有大量的 PERC产能累积，产量却不多 ? PERC电池实际产量与获得的产能常规公告量差别巨大，也与 2016年产业主要展会中展出的无数组件样品的状况相悖！ PM时间长、新机台稳定度低于期望、 UP-TIME低、良率低、光衰较大 是不争事实！ 如此一来，技术方向上毋庸置疑，经济上呢？增效不降本？ 板式 PECVD： 膜质及 UP-TIME难以提高，稳定性提升产品良率是方向 管式 PECVD： 膜质提升仍有空间，在氧化铝和氮化硅之间增加一层氧化硅值得探索，绕镀及自动化过程损伤是绕不开的坎儿 ,能否如当年的镀减反射膜设备，后发而终至？ ALD： 沉积速度怎样提高？能否和氮化硅膜制备一体化？稳定性如何保障？ 激光开孔： 优化激光开孔图案，方形激光班 很有意思的猜想： 1、单晶份额急剧扩大，甚至独占鳌头？ 处置工艺要更为简单，工艺窗口也更宽，而二级损失机制也更易理解和控制 全球多晶老大协鑫也按 1:5配置单多晶产能 多晶金钢线切 +黑硅 +PERC对抗单晶 PERC结果如何？ 2、类单晶能否重获机会（京瓷 Monolike 19.5%）？ 3、 P型电池借 PERC继续强势还是到十字路口？ 4、 SiO2钝化还有无机会？ 5、 PERC会否像 SE一样的结果被更低成本的技术取代？ 设备是行业发展的基础，更是新技术的体现和保障 PERC是目前最可行的主流高效路线，未来几年仍可期 实验室设备和技术不等于量产设备和技术，很多将永远停留在实验室阶段 创新是设备发展的核心竞争力 技术需要积累，能引起天翻地覆变化的全新设备或技术不会突然出现 中国的光伏装备将随着最大应用市场的成长而成长 致敬踏踏实实为行业技术进步努力的人们！ 五、结束语 Thanks！ 深圳丰盛装备股份有限公司 Shenzhen Fullshare Equipment Co.,ltd. A. 深圳市南山区科技园北环大道 9018号大族创新大厦 A座 2楼 2nd FL, Bldg A, Hans Innovation Mansion, #9018, Beihuan Rd., High-Tech Park,Nanshan Dist.,Shenzhen. T. 0755-26624610 F. 0755-86161250 对提供数据的各位专家表示感谢！ 部分数据引用的是公开资料，对原作者表示感谢！