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TOPCon當(dāng)前主要技術(shù)路線中，LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低壓力化學(xué)氣相沉積法）技術(shù)成熟、良率穩(wěn)定，行業(yè)認(rèn)可度較高，目前占據(jù)相對(duì)主導(dǎo)地位；PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，離子體增強(qiáng)化學(xué)的氣相沉積法）雖然良率較低，但成膜速度快、繞鍍小。有光伏行業(yè)分析師認(rèn)為，2022年下半年或到2023年上半年，PECVD的技術(shù)突破值得關(guān)注。

Topcon的技術(shù)核心

在講清楚這個(gè)問(wèn)題之前，先要回顧一下Topcon電池的核心結(jié)構(gòu)。


Topcon電池的核心原理，就是在Pert的結(jié)構(gòu)上多增加兩層結(jié)構(gòu)。

圖中藍(lán)色部分，超薄隧穿氧化硅層，是Topcon電池片結(jié)構(gòu)的精髓；利用量子隧穿效應(yīng)，既能讓電子順利通過(guò)，又可以阻止空穴的復(fù)合。

圖中紅色部分，摻雜多晶硅層，共同形成背面鈍化接觸效應(yīng)。

典型的Topcon電池的制備流程，見下圖。


從上圖可以看出，Topcon電池的制備工藝，核心就是圖中的棕色部分，亦即薄膜沉積工藝。

薄膜沉積：CVD技術(shù)路線之爭(zhēng)

對(duì)于Topcon電池片設(shè)備而言，其他工序可以和原有的PERC電池片共享或者稍作升級(jí)。

但薄膜沉積工藝是Topcon電池技術(shù)的核心，在技術(shù)路線選擇上，要尤其慎重。


PVD：物理氣相沉積。顧名思義，就是使用蒸鍍、濺射這些物理方式，使目標(biāo)材料在基底上成膜。

CVD：化學(xué)氣相沉積。和PVD不同，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，在硅片表面形成一層固體薄膜。

從目前的幾家主流的電池片廠商所采用的研發(fā)或者生產(chǎn)路線來(lái)看，大家不約而同的選擇了CVD技術(shù)路線。其中不同的，是在CVD細(xì)分方向上的選擇。


先來(lái)比較一下最主流的兩種技術(shù)路線：LPCVD和PECVD。

無(wú)論采用哪一種技術(shù)路線，核心要解決的問(wèn)題，就是盡量用更低的能耗、更快的速度、更好的質(zhì)量來(lái)形成薄膜沉積。

而從常識(shí)出發(fā)，我們可以知道這是一個(gè)不可能三角，不可能有一種解決方案同時(shí)滿足所有要素。

LPCVD


上圖是一個(gè)典型的LPCVD的例子。所謂LP就是英文低壓（Low Pressure）的縮寫。

我們知道在常壓下，氣體分子運(yùn)動(dòng)速率快于化學(xué)反應(yīng)速率，成膜時(shí)反應(yīng)不完全形成孔洞，影響成膜質(zhì)量。

通過(guò)真空泵將爐腔內(nèi)抽成低壓，而低壓使得在適當(dāng)溫度下，分子的運(yùn)動(dòng)速率慢于化學(xué)反應(yīng)速率，提高了成膜質(zhì)量。

PECVD


PECVD同樣也是CVD技術(shù)，差異在于PE（Plasma Enhancd），中文翻譯就是等離子增強(qiáng)氣相沉積。

與之前提到的抽低壓技術(shù)不同，PECVD的工藝核心是在反應(yīng)爐外增加一個(gè)可變頻率的電場(chǎng)，也就是上圖的RF+Match部分。

施加的電場(chǎng)把目標(biāo)材料源氣體電離，增加氣體活性，實(shí)現(xiàn)在不升高溫度的前提下提高氣體的反應(yīng)速率

ALD

PVD、CVD、ALD 技術(shù)均為薄膜氣相沉積技術(shù)，但其工藝原理有所區(qū)別。

其中 PVD 是利用物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)鍍膜，CVD 和 ALD 均是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)制備固態(tài)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)鍍膜。

ALD （Atomic Layer Deposition）技術(shù)是一種特殊的真空薄膜沉積方法，具有較高的技術(shù)壁壘。

通過(guò)ALD 鍍膜設(shè)備可以將物質(zhì)以單原子層的形式一層一層沉積在基底表面，每鍍膜一次/層為一個(gè)原子層，根據(jù)原子特性，鍍膜 10 次/層約為 1nm。

讀起來(lái)可能有點(diǎn)拗口，用圖例可能會(huì)看得更清晰一點(diǎn)。


對(duì)照上圖，我們可以看到ALD主要分為幾個(gè)步驟的循環(huán)。

鋁源注入：加熱后的三甲基鋁（TMA）蒸汽注入為金屬鋁源，其中TMA包含一個(gè)鋁原子+三個(gè)前驅(qū)體原子。

氣體清洗一：使用惰性氣體，將多余的 TMA 蒸氣和反應(yīng)副產(chǎn)物甲烷帶出反應(yīng)室。

氧源注入：水蒸氣脈沖進(jìn)入反應(yīng)室和 TMA 前驅(qū)體吸附的表面繼續(xù)進(jìn)行表面化學(xué)反應(yīng)。

氣體清洗二：清洗氣體把多余的水蒸氣和反應(yīng)副產(chǎn)物甲烷帶出反應(yīng)室。

上面的過(guò)程循環(huán)往復(fù)，每次循環(huán)實(shí)現(xiàn)鍍膜一層原子，直到鍍到目標(biāo)厚度停止。

使用ALD設(shè)備鍍膜，可以實(shí)現(xiàn)三大優(yōu)點(diǎn)，即三維共形性、均勻性（致密且無(wú)孔）、原子級(jí)的厚度控制。

最終鍍成的膜，長(zhǎng)成這樣，尤其適合不規(guī)則形狀的均勻鍍膜。


從上圖可以明顯的看到，由于鍍膜質(zhì)量不均勻一開始PVD技術(shù)就出局了。

而CVD和ALD技術(shù)，在改進(jìn)后還在一爭(zhēng)高下。

當(dāng)然，ALD技術(shù)良好的成膜質(zhì)量，也是以犧牲了成膜速度為代價(jià)的。

在工業(yè)化量產(chǎn)的領(lǐng)域，則需要尋找質(zhì)量、效率、經(jīng)濟(jì)性的平衡點(diǎn)

TOPCON電池流程廠商簡(jiǎn)單梳理

制絨（捷佳偉創(chuàng)，金舟）。硼擴(kuò)（拉普拉斯做得最好，北方華創(chuàng)，捷佳偉創(chuàng)也會(huì)做），背面堿拋光（捷佳偉創(chuàng)，金舟）。

背面隧穿氧化層和多晶硅層沉積（LPCVD，PECVD，PVD三種路線），LPCVD先通過(guò)熱氧化方式長(zhǎng)1-1.5nm的遂穿氧化層，再長(zhǎng)本征非晶硅層，結(jié)合磷擴(kuò)散，形成摻雜多晶硅層。PECVD先用PECVD方式長(zhǎng)1-1.5nm的遂穿氧化層，再長(zhǎng)摻雜非晶硅層，厚度約為100-150nm之間。

PVD方式和PECVD差不多。LPCVD做的最好的是拉普拉斯，PECVD做的比較好的是捷佳偉創(chuàng)和紅太陽(yáng)兩家，北方華創(chuàng)和金辰其次，紅太陽(yáng)的設(shè)備在通威，晶澳，中來(lái)都有在試用demo機(jī)，PEALD微導(dǎo)在做，由于隧穿氧化層通過(guò)有機(jī)硅的方式實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)，成本會(huì)更高，PEALD這條路線未來(lái)不會(huì)選擇。PVD中來(lái)在做。

退火，摻雜非晶硅層晶華，形成摻雜多晶硅。磷從非激活態(tài)變成激活態(tài)刻蝕清洗，鏈?zhǔn)皆O(shè)備把表面PSG去掉，再通過(guò)堿刻蝕把正面繞鍍的多晶硅去掉，然后做槽式清洗，把正面的BSG掩膜，背面PSG掩膜去掉（捷佳偉創(chuàng)，金舟等）正面氧化鋁鈍化，管式ALD（捷佳，微導(dǎo)）或板式ALD（理想）。正背面氮化硅鈍化，管式PECVD（捷佳，紅太陽(yáng)）。絲網(wǎng)印刷，在正背面形成金屬化電極（邁為，科隆威，捷佳偉創(chuàng)）。電注入或光注入（邁為，奧特維，科隆威）。測(cè)試分選（邁為等）

寫在最后

從技術(shù)原理來(lái)看，三種技術(shù)路線在新型電池技術(shù)領(lǐng)域都有應(yīng)用空間，其中 PVD 應(yīng)用環(huán)節(jié)相對(duì)單一，CVD 和 ALD 可能的應(yīng)用環(huán)節(jié)較多。

捷佳偉創(chuàng)、金辰股份是為數(shù)不多同時(shí)布局LPCVD、PECVD設(shè)備的企業(yè)。2022年4月，捷佳偉創(chuàng)在接受機(jī)構(gòu)投資者調(diào)研時(shí)表示，公司在TOPCon技術(shù)路線上進(jìn)行了全面布局，能夠提供包含LPCVD及PE-poly在內(nèi)的TOPCon整線工藝設(shè)備及配套的自動(dòng)化設(shè)備，目前兩種設(shè)備均在客戶端使用情況良好。

金辰股份管式PECVD樣機(jī)已試用于晶澳科技、晶科能源等客戶。該公司N型TOPCon 電池平均效率大于24%，最高效率 24.5%。

效率上限決定了何種電池技術(shù)路徑有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的利潤(rùn)釋放，是電池技術(shù)路徑升級(jí)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，而成本決定了短期何種電池技術(shù)可以最早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

另外除工藝設(shè)備外，激光設(shè)備也是TOPCon產(chǎn)業(yè)鏈不可忽視的環(huán)節(jié)。

“激光在硼擴(kuò)當(dāng)中的應(yīng)用是最近關(guān)注度比較高的新技術(shù)，理論上一次硼擴(kuò)技術(shù)可以把TOPCon電池效率提升0.4個(gè)百分點(diǎn)，目前實(shí)際應(yīng)用是在0.2個(gè)百分點(diǎn)，未來(lái)可能還有0.2個(gè)百分點(diǎn)的效率提升空間。如果效率能夠持續(xù)提升，該技術(shù)也能夠在TOPCon領(lǐng)域得到大規(guī)模的應(yīng)用。”上述光伏行業(yè)分析師稱。

帝爾激光產(chǎn)品包括激光擴(kuò)硼設(shè)備。公司是激光加工設(shè)備龍頭，2020年完成TOPCon硼摻與開膜技術(shù)工藝論證。

材料方面，銀漿國(guó)產(chǎn)化將幫助TOPCon進(jìn)一步降本。目前，TOPCon銀漿國(guó)產(chǎn)化率僅約20%，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程亟待加速。

據(jù)帝科股份2021年年報(bào)，公司“N型TOPCon電池硼擴(kuò)發(fā)射極接觸銀鋁漿產(chǎn)品開發(fā)”已處于中試階段；2022年5月，帝科股份在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司應(yīng)用于TOPCon電池的成套導(dǎo)電銀漿已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)出貨。

當(dāng)然實(shí)驗(yàn)室理論和工業(yè)量產(chǎn)，永遠(yuǎn)不是同一件事，一切沒有規(guī)模化量產(chǎn)印證的技術(shù)都是泡沫。

原標(biāo)題：TOPCON路線之爭(zhēng)：晶科、鈞達(dá)LPCVD和與通威、晶澳的PECVD誰(shuí)主沉浮