【CITPV】平板PECVD在高效电池中的研制进展-48所

p平板PECVD在高效电池中的研制进展汇报人许烁烁单位中国电科48所 中国电子科技集团公司第四十八研究所THE 48TH RESEARCH INSTITUTE CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION2019.09 1 目 录一．中国电科48所光伏装备介绍二．高效电池发展方向三．平板PECVD在高效电池中的研制进展 01 2 中 国 电 科 第 四 十 八 所长沙半导体工艺设备研究所国防科技工业有源层优化生长技术创新中心（原国防科委）国家光伏装备工程技术研究中心 （国家科技部）中国-埃及可再生能源国家联合实验室 （国家科技部） 中国电科48所光伏装备介绍 01 3 集 成 电 路 成 套 装 备 国 产 化 集 成 及 验 证 平 台结合集成电路成套装备验证工艺线，加快新一代光伏装备创新步伐中国电科48所光伏装备介绍 01 4 48所 光 伏 装 备中国电科48所光伏装备介绍高产能低压扩散设备 平板式PECVD设备激光消融设备 管式PECVD设备LPCVD设备测试分选设备 5 目 录一．中国电科48所光伏装备介绍二．高效电池发展方向三．平板PECVD在高效电池中的研制进展 02 6 各 类 高 效 电 池 市 场 份 额 预 测高效电池发展方向n “十三五”后国家能源局提出光伏发电“领跑者计划”，促进高效电池的发展1. P型PERC电池成为市场主流 2. TOPCon电池市场潜力巨大3. 由于设备昂贵、工艺复杂、良率偏低等原因，SHJ电池和IBC电池市场份额仍然偏小 02 7 PERC时 代 技 术 线 路高效电池发展方向双面PERC电池n 光能利用率更高n 发电量增加10～30n 背面PID效应较强氧化铝/氮氧化硅/氮化硅结构n 背面PID freen 有效提高电池转换效率 设备兼容性提高n 兼容156mm、166mm、210mm等尺寸n 进一步提高设备产能硅片大尺寸和薄片化n 提高组件发电量n 降低每瓦生产成本n 节约土地、施工等成本 02 8 大 尺 寸 硅 片高效电池发展方向2019.08.16天津中环发布200、210大硅片硅片尺寸跨越到M12时代 2019.05.24隆基发布166大硅片M6硅片正式推向市场 TOPCon电池结构02 高效电池发展方向1. 超薄隧穿氧化层化学湿法、热氧化法、臭氧氧化法、等离子体辅助氧化法等2. 非晶硅薄膜层LPCVD法、PECVD法 3. 与传统工艺兼容，易于在PERC电池产线上升级 10 TOPCon电池制备流程02 LPCVD工艺路线清洗制绒硼扩散背面清洗/抛光热氧化隧道层非晶硅沉积磷掺杂退火边缘刻蚀正面清洗双面减反层/ 钝化层丝网印刷烧结 平板PECVD工艺路线清洗制绒硼扩散背面清洗/抛光隧道氧化层非晶硅层退火/快速退火边缘刻蚀正面清 洗双面减反层/钝化层丝网印刷烧结扩散炉平板PECVD刻蚀机高效电池发展方向 11 工艺路线比较02序号 指标项 LPCVD路线 平板PECVD路线1 氧化硅薄膜致密性 较好 一般2 氧化硅薄膜片间均匀性 较差 较好3 非晶硅薄膜片间均匀性 较差 较好4 非晶硅薄膜掺杂浓度 无掺杂 21020/cm35 背面绕镀 严重 仅硅片边缘6 整线良率 较低 较高7 电池转换效率 高 高高效电池发展方向 12 目 录一．中国电科48所光伏装备介绍二．高效电池发展方向三．平板PECVD在高效电池中的研制进展 03 13 平 板 PECVD研 制 方 向平板PECVD在高效电池中的研制进展平板PECVD PERC电池 双面PERC电池 具有氮氧化硅薄膜沉积功能大尺寸硅片 兼容156、166、210等多种尺寸TOPCon电池 氧化硅/非晶硅二合一沉积设备 SHJ电池 非晶硅薄膜沉积设备 03 14 n 相比氧化硅，氮氧化硅具有更佳的均匀性n 通过改进沉积系统，氮氧化硅的均匀性达到片内3、片间5、批间2n 折射率均匀性达到片内3、片间2、批间2 氮氧化硅 氮氧化硅氧化硅平板PECVD在高效电池中的研制进展 03 15 转 换 效 率 提 升工艺条件 开路电压（V） 短路电流（A） 填充因子（） 转换效率（）氧化硅 0.6805 9.771 80.69 21.956氮氧化硅 0.6807 9.768 80.77 21.978基线 0.6807 9.761 80.45 21.876n 和氧化硅相比，氮氧化硅具有更高的工艺稳定性n 氧化铝/氮氧化硅/氮化硅结构，转换效率提升0.06～0.1平板PECVD在高效电池中的研制进展 16 PID Free03 双面PERC电池PID衰减实验测试项目 测试组件面 初始功率（W） 衰减后功率（W） 衰减率机械载荷 正面 320.59 320.08 0.16背面 249.04 250.38 -0.54PID-1500 正面 320.92 318.48 0.76背面 251.13 248.54 1.03正面 320.93 318.07 0.89背面 252.08 248.27 1.51氧化铝/氮氧化硅/氮化硅叠层结构，能有效地抑制双面PERC电池背面PID效应平板PECVD在高效电池中的研制进展 17 设备兼容各种规格的硅片03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 设备能有效兼容156、166、210等规格的载板 18 03硅片尺寸 氧化铝膜厚 氮化硅膜厚 产能 备注9管微波 12管微波156片源 16nm 130nm / 6300片/小时250MW/年 量产设备156片源 16nm 98nm 130nm 10368片/小时410MW/年 新研设备166片源 16nm 98nm 130nm 9216片/小时410MW/年 210片源 16nm 98nm 130nm 6048片/小时433MW/年 平板PECVD在高效电池中的研制进展 膜厚和产能 19 03序号 指标项 技术参数1 适用硅片 156mm156mm 166mm166mm 210mm210mm2 产能 10000片/小时410MW/年 9000片/小时410MW/年 6000片/小时433MW/年3 载板规格 98 88 764 成膜种类 Al 2O3/SiON/SixNy5 设备尺寸 19.5m5m3.1m6 运行功率 200KVA7 uptime 958 维护周期 192小时9 膜厚均匀性 片内3、片间5、批间210 微波发生器数量 2（氧化铝）66（氮氧化硅/氮化硅） 平板PECVD在高效电池中的研制进展 设备技术参数 20 氧化硅/非晶硅二合一沉积设备03 上料腔氧化硅工艺腔非晶硅工艺腔下料腔 设备优势二合一腔体设计，减少工序间造成的不良和污染，提高整线电池良率和转换效率 平板PECVD在高效电池中的研制进展 21 氧化硅/非晶硅二合一沉积设备技术问题n 氧化硅薄膜生长工艺n 氧化硅薄膜厚度及均匀性控制n 非晶硅薄膜厚度及均匀性控制n 非晶硅薄膜最佳掺杂浓度03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 22 超薄隧穿氧化层生长技术技术路线 方法 备注硝酸湿法氧化 将硅片浸入加热的浓硝酸 在自动化环节易受到损伤双氧水湿法氧化 将硅片浸入高浓度的双氧水中 氧化速率偏慢，在自动化环节易受到损伤阳极氧化 将硅片放置在电解池内 厚度在3nm6nm之间，需要进一步减少膜厚；提高和自动化的匹配高温热氧化 在高温条件氧化10min以上 整批均匀性难以控制PE-TEOS正硅酸乙脂 TEOS气化后，采用PECVD法生成氧化物 膜厚相对较厚，主要用于半导体行业紫外/臭氧氧化 采用紫外灯照射生成臭氧氧化 适合平板PECVD二合一的结合方式等离子体辅助氧化 大量氮气和少量氧气，在射频激发下对硅片表面进行氧化03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 23 设备解决方案 工艺影响因素加热温度、射频功率、气体流量、真空压力、极板间距 03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 24 设备参数序号 指标项 参数1 产能 4000片/小时2 适用硅片 156mm156mm、166mm166mm3 工艺气体 SiH4、H2、PH3、O2、N2、Ar、NF34 成膜种类 SiO2/P-doped a-Si5 uptime 986 镀膜方式 上镀膜7 均匀性（片内、片间、批间） 5，8，58 成膜厚度 1.3nm/120nm03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 25 Topcon电池制备n 制绒n 硼扩散，方阻～90Ω/□n 背面抛光n 1.3nm氧化硅100nm非晶硅n 850℃退火30minn 边缘离子刻蚀n 正面清洗n 正面12nm氧化铝75nm氮化硅n 背面100nm氮化硅 n 丝网印刷烧结 03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 n 产能≥4000片/小时n 失效率21020/cm3非晶硅膜厚 100nm-120nm硅片少子寿命 1000μsIVoc 748mVn 良好的薄膜均匀性和重复性n 没有背面绕镀现象03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 27 快速热退火设备n 采用快速光热照射的方式，将硅片的表面温度迅速上升到850℃以上n 往腔内充入一定量的氮气，避免硅片表面被污染n 正在进行工艺验证，减少热退火时间03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 28 n 平板PECVD设备是SHJ电池制备工艺中的核心装备n 正开展SHJ电池用平板PECVD设备的研制工作 SHJ电池非晶硅薄膜沉积设备03 平板PECVD在高效电池中的研制进展 SHJ电池制备工艺清洗amp;制绒正面非晶硅（i/p）沉积背面非晶硅（i/n）沉积导电氧化层（TCO）沉积丝网印刷/p