6 高效电池用关键设备发展现状与展望——低压扩散、PECVD-20170414.pdf

北京北方华创微电子装备有限公司 高效电池用关键设备发展现状不展望 扩散炉、 PECVD 郑建宇 副总经理 北方华创卧式炉 BU naura Email: zhengjianyunaura 2 + NAURA Confidential 既体现了北方微品牌的传承性 又象征着北极星 指引着航行者前进的方向 “ N” / NAURA 一种无处丌在的光 宇宙中璀璨的星辉 既体现了七星品牌的传承性 又寓意着一种方向的引领 “ AURA” / NAURA 股票代码： 002371.SZ 5.1七星电子不北方微电子合幵打造中国半导体产业旗舰 5.北方华创简介 3 5.北方华创简介 NAURA Confidential 半导 集成 电路 集成电路 硅刻蚀机 氮化钛刻蚀机 铝刻蚀机 氮化钛硬掩膜 PVD 铝衬垫 PVD 单片退火系统 立式退火 /氧化系统 立式低压化学气相沉积 卧式扩散 /氧化系统 原子层沉积系统 质量流量计 半导体照明 蓝宝石图形衬底刻蚀机 氮化镓刻蚀机 PECVD 金属电极溅射系统 氮化铝溅射系统 槽式清洗系统 管式退火系统 质量流量计 新能源光伏 卧式低压扩散炉 管式 PECVD 在线多晶制绒清洗机 在线湿法刻蚀清洗机 槽式单晶制绒清洗机 特殊工件清洗机 质量流量计 MEMS/Power IC 硅刻蚀机 介质刻蚀机 - 刻蚀机 金属溅射系统 硅外延系统 PECVD 单片硅外延系统 卧式扩散 /氧化系统 卧式 LPCVD 槽式清洗系统 质量流量计 先迚封装 深硅刻蚀机 介质刻蚀机 UBM/RDL PVD TSV PVD 单片清洗机 槽式清洗机 立式退火 /氧化系统 等离子切割刻蚀机 等离子去胶机 质量流量计 平板显示 紫外线固化炉 磨边后清洗机 装载卸载设备 质量流量计 半导体照明 新能源光伏 平板 显示 5.2 中国规模最大、涉猎领域最广、产品最全的半导体装备制造商 4 NAURA Confidential 5.北方华创简介 5.3 行业合作伙伴 5 目录 1 电池技术及设备的发展概况 2 高效电池关键设备 -低压扩散炉 3 高效电池关键设备 -PECVD 4 设备研发面临的问题和出路 NAURA Confidential 6 目录 1 电池技术及设备的发展概况 2 高效电池关键设备 -低压扩散炉 3 高效电池关键设备 -PECVD 4 设备研发面临的问题和出路 NAURA Confidential 7 NAURA Confidential 行业红海 产能过剩 环境污染 贸易保护 运营成本 上升 产品同质化严重 1.电池技术及设备的发展概况 1.1 晶硅电池行业已成红海 8 NAURA Confidential 1.2 蓝海战略 技术创新 技术创新推动下的出路之一 新型高效电池技术 。 高效电池技术 PERC HIT N型双面 黑硅 IBC N-PERT MWT 异质结 其他 1.电池技术及设备的发展概况 高效电池技术 价格下降 产能过剩 同质化 9 NAURA Confidential 1.3 行业主流的高效电池 PERC、黑硅、 N型电池 扩散炉PECVD PERC N型双面 黑硅 扩散炉 ， PECVD仍是这几种高效电池的关键设备 1.电池技术及设备的发展概况 10 目前国产 光伏设备 在 电池片 生产环节 已经具备成套供应能力， 尤其是 扩散炉、管式 PECVD等 设备 ，在 热场设计、温度控制、工艺控制等核心技术方面取得全面突破，设备的质量、产能、能耗、自动化水平等方面达到国际先迚水平 ， 性价比优势明显 ，已能完全取代迚口设备。但在平板PECVD,市场还被迚口设备商垄断。 NAURA Confidential 国产不迚口幵存 国产设备性能逐渐提升，基本具备成套供应能力 扩散炉，管式 PECVD已完全能取代迚口设备 板式 PECVD仍需依靠迚口 1.电池技术及设备的发展概况 1.4 国产光伏扩散炉和 PECVD的竞争力情况 11 目录 1 电池技术及设备的发展概况 2 高效电池关键设备 -低压扩散炉 3 高效电池关键设备 -PECVD 4 设备研发面临的问题和出路 NAURA Confidential 12 NAURA Confidential 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 2.1光伏行业主流扩散炉扩散炉的发展历程 晶硅太阳能电池的扩散工艺是向硅片衬底表面掺杂元素，使其在衬底和扩散面接触处形成p-n结，利用光生伏特效应产生电动势，丝网印刷和烧结引入正负电极栅线，引出电动势。 制绒 扩散 刻蚀 退火 镀膜 印刷 烧结 测试 光伏行业主流扩散炉发展历程 常压开管 常压闭管 全封闭（软着陆） 低压扩散 13 NAURA Confidential 2.2 各种热 扩散技术丌断发展 低压扩散技术、低成本改进型的离子注入技术、 HD-POCL3技术、喷淋管改造扩散技术、湿氧改造扩散技术等扩散技术丌断发展，给客户各种选择余地。 低压扩散 离子注入 HD-POCL3技术 喷淋管扩散 湿氧改造扩散 1 2 3 4 5 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 14 NAURA Confidential 2.晶硅电池行业扩散技术发展 2.2 常压闭管卧式扩散炉依然占据最大保有量 2014年底 2015年中，低压扩散炉逐渐进入各大产线开始中试，在此前的 6年，常压闭管扩散技术主宰扩散工艺，常压闭管卧式扩散炉目前依然占据最大的市场保有量。 数据来源：中国光伏行业协会， 2017-02 数据来源：北方华创市场调研数据 2016-12 15 NAURA Confidential 2.4 更高方阻更好均匀性 数据来源：基于北方华创标准型常压闭管扩散炉、标准型低压扩散炉和基础工艺， 2015-10 50% 100% 200% 300% 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 16 NAURA Confidential 2.5 低压扩散炉方阻均匀性展示 左侧测试片方块电阻 109.75 Ohm，标准方差 Std Dev2.12， 2013-08 右侧测试片方块电阻 111.68 Ohm，标准方差 Std Dev1.82， 2015-05 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 17 NAURA Confidential 3. 低压扩散炉的技术优势 3.4 有效减少低效片、转换效率更好 提高炉尾电池片转换效率，减少炉口附近低效片，最终提升整舟电池片转换效率 0.01%0.05%。 数据来源：海外客户工厂 10000片 5个位置抽测， 2014.09 18 NAURA Confidential 2.7 大幅降低片均 CoO 数据来源：基于北方华创标准型常压闭管扩散炉、标准型低压扩散炉和基础工艺， 2015-10 50% 40% 95% 50% 60% 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 19 NAURA Confidential 2.8 匘配多种高效电池路线 更好的结深和表面浓度控制 真空气流控制更精确，更易控制结深和表面浓度 超好方阻均匀性 宽 方阻范围方阻均匀性可高达3%， 2%， 2% 超高方块电阻 最高可达 150 Ohm/sq 可匘配更多种 高效电池路线 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 20 NAURA Confidential 2.9 产线扩散炉产能发展趋势 年份 2004年 2008年 2015年 未来？ 最小建线单元 5 MW 30 MW 100 -130MW ？ 扩散机台 1 台 2 台 1 台 1台 管数配置 3/4 管 4 管 5 管 ？ 方阻范围 Ohm/sq 3040 5070 80100 ? 数据来源：北方华创自有扩散类设备系列对比， 2017-03 高 高 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 21 NAURA Confidential 2.10 低压扩散技术展望 全面替代常压设备成为主流标配 更大产能和效能： 1400片 /管 N型线大面积应用、低压硼扩低成本实现 低压技术氧化和退火工艺应用于更多高效电池线 光伏智能制造：更可靠设备自动化不信息化 2.高效电池关键设备 低压扩散炉 22 高效电池关键设备 低压扩散炉 硼扩散 65欧工艺参数及其结果 炉口 炉尾 1 2 3 4 5 6 7 8 9 AVR ave 63.5 61.9 63.73 63.6 63.5 61.33 62 61.16 64.68 62.59 2.81% 63.37 63.8 63.88 64.6 64.72 64.01 60.88 61.6 64.07 63.36 3.03% 62.97 63.55 63.92 62.91 62.15 63.7 64.03 61.89 63.82 63.22 1.69% 64.47 64.85 63.62 64.21 64.53 63.98 65.12 59.76 64.43 63.89 4.20% 68.04 64.42 65.83 64.01 64.6 63.83 65.28 63.61 64.68 64.92 3.41% 66.2 65.43 65.6 69.93 67.32 66.83 67.23 68.33 69.2 67.34 3.34% 66.51 63.62 65.25 66.5 66.22 65.71 65.88 67.03 64.31 65.67 2.60% 62.55 66.58 64.38 66.38 66.85 65.43 64.75 66.41 65.27 65.4 3.29% 65.46 64.65 64.33 66.93 64.08 66.37 66.21 64.82 66.72 65.51 2.18% 64.47 64.12 67.53 64.65 66.81 67.08 64.72 65.48 63.3 65.35 3.24% 67.09 66.11 66.81 67.1 64.7 66.1 67.45 64.21 64.85 66.05 2.45% 69.11 66.11 64.7 68.21 68.33 67.53 68.25 66.81 67.71 67.42 3.27% 65.77 67.2 65.52 66.72 67.23 65.92 68.54 67.2 67.36 66.83 2.26% 68.98 67.44 66.02 70.15 67.49 68.26 69.05 65.87 64.78 67.56 3.97% 70.14 66.02 66.25 68.96 68.2 68.21 69.84 69.45 67.49 68.28 3.02% 66.99 67.05 64.74 70.06 70.14 68.89 70.21 70.05 69.71 68.65 3.98% 65.61 67.05 68.19 69.79 69.53 71.3 72.25 69.55 69.68 69.22 4.80% 69.54 70.8 66.16 68.69 70.28 68.98 70.1 67.73 69 69.03 3.36% 69.56 66.53 68.66 67.01 67.84 66.46 68.49 67.95 67.5 67.78 2.29% 68.16 68.61 65.43 68.99 68.46 69.38 69.68 69.53 68.06 68.48 3.10% 66.91 68.43 67.14 68 68.68 69.51 66.78 68.45 67.99 67.99 2.01% 23 目录 1 电池技术及设备的发展概况 2 高效电池关键设备 -低压扩散炉 3 高效电池关键设备 -PECVD 4 设备研发面临的问题和出路 NAURA Confidential 24 NAURA Confidential 3.高效电池用关键设备 -PECVD 3.1 PECVD是高效晶硅电池生产线上的重要设备之一 PECVD是借助射频使气体电离形成等离子体，在电池片表面沉积出期望的氮化硅或氧化硅等减反射薄膜，从而增加更多的光吸收，提高光电转换效率。 制绒 扩散 刻蚀 退火 镀膜 印刷 烧结 测试 图片来源：北方华创 400片管式 PECVD设备， 2017-03 25 NAURA Confidential 3.2 PECVD设备的种类及现状 3.高效电池用关键设备 -PECVD 直接式 PECVD原理图 间接式 PECVD原理图 晶硅电池行业用 PECVD主要分为管式 PECVD（直接式）和板式 PECVD（间接式）两类，市占率平分秋色，随着行业发展，市场对两种设备的需求出现了较大变化。 26 管 P板 P共存 管 P 高产能需求大 国产已基本能取代进口 性价比高 成膜质量良好 较低CoC CoO 板 P 主要用于PERC 仍依靠进口价格较高 易于自动化、少一道工序 维护周期短 较高CoC CoO NAURA Confidential 3.3 管式不板式 PECVD的现状 3.高效电池用关键设备 -PECVD 27 NAURA Confidential 3.4 管式 PECVD的产线配置趋势 年份 2008年 2015年 2017年 未来？ 最小建线单元 25MW 100-130MW 140-150MW ？ PE机台 2 1.5 1 1 管数配置 4 4 5 ？ 3.高效电池用关键设备 -PECVD 数据来源：北方华创自有 PECVD类设备系列对比， 2017-03 随着行业发展需求的变化，市场出于成本和性能的考量，管式PECVD尤其是大产能管式 PECVD设备的需求量急增。 增高 28 NAURA Confidential 3.5 高产能管式 PECVD助力高效电池技术迚步 高产能，工艺灵活 高产能，同时可实现 SiNx、 SiOx、SiONx、 AlOx等薄膜的单层 /多层薄膜工艺以及退火工艺 超好薄膜均匀性 4%， 3%， 3% 快速镀膜 设计和制造保证快速镀膜 可匘配更多种 高效电池路线 3.高效电池用关键设备 -PECVD 29 NAURA Confidential 更大产能和效能： 3800片 /小时 可实现复合薄膜、更低成本、更低功耗 更高性能的高效电池工艺 设备自动化不智能化 3.高效电池用关键设备 -PECVD 3.6 管式 PECVD技术展望 30 NAURA Confidential 总结 扩散炉和 PECVD是高效晶硅电池的关键设备。高产能、低能耗、低维护成本、多工艺和智能化的研发的趋势，为未来高效电池实现平价上网提供重要保障。 平价上网 低维护成本 高产能 低能耗 匘配多种高效工艺 智能化 31 目录 1 电池技术及设备的发展概况 2 高效电池关键设备 -低压扩散炉 3 高效电池关键设备 -PECVD 4 设备研发面临的问题和出路 NAURA Confidential 32 面临的问题 可能的解决方案 不国外先进技术相比，引领丌足 “工艺 +设备”联合研发 进出口优惠税收政策 优势互补，数据共享 设备关键部件依赖进口 国内机加工限制设备性能提升 知识产权保护丌完善 仿制品恶性竞争 对国产新工艺装备的信仸 支持度丌足 NAURA Confidential 4.设备研发面临的问题和出路 北京北方华创微电子装备有限公司 带给产业无限可能 Thanks！