Report PERC 2018 CN-TaiyangNews.pdf
Authors: Shravan K. Chunduri, Michael Schmela PERC+: 如何提升高效晶硅电池 PERC 电池技术 上海市太阳能学会 & TaiyangNews 联合出品 2018 版 CSPV 会议专刊2 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 Welcome to CSPV 2018, TaiyangNews together with SSES are very pleased to have you joining CSPV, China’s leading PV technology event. In this ‘Special Edition CSPV 2018’ we offer you overviews on the vast field of PERC Solar Cell Technology. While cell manufacturers continue to expand into standard PERC, several stakeholders involved in solar cell production are offering and working on processes and materials to bring PERC to the next level. PERC Solar Cell Technolgy report 2018 edition is looking at PERC+, that’s for us everything supporting basic PERC to improve efficiency and yield – from selective emitters to bifacial technology. Many of the companies included in this publication are participating here at CSPV, where you will of course learn much more about all the different technologies all along the solar value chain – from silicon to systems. We hope you enjoy reading this special TaiyangNews edition and wish you a successful visit of CSPV 2018. 前言 Michael Schmela Managing Director, TaiyangNews 沈文忠 上海市太阳能学会 理事长 上海交通大学 教授 © TaiyangNews 2018 All rights reserved. The text, photos and graphs in this report are copyrighted (cover photo credit: Jinergy). TaiyangNews does not guarantee reliability, accuracy or completeness of this report s content. TaiyangNews does not accept responsibility or liability for any errors in this work. Publisher: TaiyangNews UG (haftungsbeschraenkt) Montsalvatstr. 15 80804 Munich, Germany www.taiyangnews.info TAIYANGNEWS ALL ABOUT SOLAR POWERPERC Solar Cell Technology 2018 | TaiyangNews 34 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 04 PERC 性能表现 24 06 PERC 的发展 33 © TaiyangNews 2018 All rights reserved. The text, photos and graphs in this report are copyrighted (cover photo credit: Jinergy). TaiyangNews does not guarantee reliability, accuracy or completeness of this report s content. TaiyangNews does not accept responsibility or liability for any errors in this work. Publisher: TaiyangNews UG (haftungsbeschraenkt) Montsalvatstr. 15 80804 Munich, Germany www.taiyangnews.info TAIYANGNEWS ALL ABOUT SOLAR POWER 02 PERC 简介 8 • 2.1 PERC 是什么 • 2.2 PERC 工艺 07 PERC+ 35 05 生产中的 PERC 26 • 60 片电池的太阳能组件 • 72 片电池的太阳能组件 • PERC 的产能和产量 01 概要 6 • 微导 p. 3 • 杜邦 p. 5 • RCT p. 7 • 隆基乐叶 p. 9 • Micromac p. 11 • 正泰 Astronergy p. 13 • 帝科电子材料 p. 23 • Innolas P. 25 • 贺利氏 p. 27 • Von Ardenne p. 38 • 晋能 p. 44 • SNEC p. 47 • APVIA p. 56 广告 : 目录 08 超越 PERC 39 03 制造 PERC 10 • 3.1 钝化材料 • 3.2 沉积工艺 • 3.3 铝浆方法 • 3.4 激光接触开口 • 3.5 背面抛光 • 3.6 金属化 09 结论 46 10 10.1 访谈 - 杜邦 10.2 访谈 - 帝科电子材料 48 8.1 n-PERT 8.2 n-PERL 8.3 钝化触电 8.4 异质结 7.1 双面 PERC+ 7.2 多晶 PERC+ 7.3 选择性发射极 电力增长 源自不断创新 杜邦持续引领光伏创新步伐。过去9年，我们已推出超过130项 Solamet® 导电浆料新产品，协助提升组件的电力输出。 这就是为何在过去30年已有超过2000亿片太阳能电池使用 Solamet® 导电浆料。 材料是关键 ™ solamet.dupont.com ©2018杜邦公司版权所有。 杜邦椭圆形标志、 杜邦 ™ 、Solamet ® 以及所有标注有 ™ 或 ® 的产品和品牌， 均是杜邦公司或其关联公司的商标或注册商标。PERC Solar Cell Technology 2018 | TaiyangNews 5 电力增长 源自不断创新 杜邦持续引领光伏创新步伐。过去9年，我们已推出超过130项 Solamet® 导电浆料新产品，协助提升组件的电力输出。 这就是为何在过去30年已有超过2000亿片太阳能电池使用 Solamet® 导电浆料。 材料是关键 ™ solamet.dupont.com ©2018杜邦公司版权所有。 杜邦椭圆形标志、 杜邦 ™ 、Solamet ® 以及所有标注有 ™ 或 ® 的产品和品牌， 均是杜邦公司或其关联公司的商标或注册商标。6 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 概要 PERC 太阳能技术在其真正的量产开始后还并 没有很久 ：去年 ，我们进入了 PERC 时代 ，今天 ， PERC 已成新的标准产品 - 至少对于单晶电池而言 - 正在成为晶硅电池种类的领导者。 电池制造商继续扩展标准 PERC 电池的生产 ， 好些太阳能电池生产的利益相关者正在提供并努力 试验新的工艺及材料 ，以使 PERC 更上一层楼 。 这就是为什么我们的 2018 年版 PERC 报告要探讨 PERC + ，包括一切可以支持 PERC 电池基本版提 高效率和产量的附加技术 - 从选择性发射器到双面 技术 。许多研究人员和公司也在研究可以与 PERC 竞争或在未来超越 PERC 的· 电池技术 ，因此我们也 会对这些候选技术加以简短分析（ 第 1 章 - PERC 简介 ） 。 过去一些将新的电池结构引入光伏产业的尝试 并不是很有成效 ，但 PERC 却成功了 。这主要是因 为该技术仅要求在标准铝背场电池的设备基础上添 加两件设备 ，其效率增益就能达到 1 ％的绝对值 。 这对电池制造商来说 ，特别是那些寻求更高效率产 品的电池制造商来说 ，是无法抗拒的诱惑 。 PERC 就是对电池背面添加背面钝化以取代铝背场 。当然 这是理论上说 ，而出于实用目的 ，背面的钝化膜要 用激光打开 ，以便让背面金属与硅建立接触 。背面 抛光工序采用了经过调整后的化学湿式工作台的边 缘隔离步骤 （ 第 2 章 - 关于 PERC ） 。 PERC 制造的关键是背面钝化 ，被一致选择 的材料是氧化铝 ，它可以使用 PECVD 设备来进行 沉积 ，或氮化硅或原子层沉积 （ALD）工具 。出于 所有实用目的 ，铝层上面通常覆盖着氮化硅层 。 PECVD 仍然拥有最大的市场份额 ，但 ALD 供应商 也已进入市场。 基于批处理类型的 ALD 系统因具有高吞吐量 优势 ，目前发展势头强劲 。 Leadmicro 是提供基于 批次配置的工具的公司之一 ，这次是首次为我们的 报告提供其数据 。批量工具有个固有的局限性 ，即 会给电池正面也沉积不需要的氧化铝 。有些电池生 产商不理会这个限制， 干脆在两侧都沉积置氧化铝。 但也有设备制造商在解决这个问题 ，如 SoLayTec 和 Levitech 公司 ，他们开发了空间 ALD 系统进行单 面沉积 。来自中国的 Ideal Energy 开发了一种混合 系统 ，该系统结合了内联 PECVD 传输原理和空间 ALD。 Leadmico 也在提供类似的系统 。然而 ，用 ALD 工具沉积的氧化铝层需要覆盖氮化硅 ，这同样 需要 PECVD 系统。 PECVD 的一个不可否认的优势在于它允许一 次性沉积氧化铝和覆盖层 。这里的选择是使用直接 等离子 ，Centrotherm 和一个新公司 Fullshare 在提 供 ，后者正在将其生产工具商业化 。Meyer Burger 是提供远程等离子的唯一公司 。Meyer Burger 和 Centrotherm 都改进了他们的工具 ，以支持更高的 吞吐量。 除了生产率之外 ，降低氧化铝膜的厚度 ，降低 前体 TMA 消耗以及改善正常运行时间是每个工具供 应商都在研究的最共通的主题。 激光接触开口和背面抛光是 PERC 制造中的两 个已经固定的步骤 。而金属化是 PERC 处理的另一 个关键步骤（ 第 3 章 - 制造 PERC ） 。 PERC 在创纪录效率方面名列前茅 。在过去的 12 个月里 ，世界纪录被打破了 6 次 。今天最高效率 的PERC 电池达到了23.95％， 由晶科能源公司制造， 其次是隆基的 23.6 ％效率的电池（ 第 4 章 - PERC 性能 ） 。 谈到生产 PERC 组件的时候 ，通常的指标是组 t 作者简介 Shravan K. Chunduri Head of Technology, TaiyangNews shravan.chunduri@taiyangnews.info +91 996 327 0005 Hyderabad, India Michael Schmela Managing Director, TaiyangNews michael.schmela@taiyangnews.info +49 173 15 70 999 Munich, GermanyPERC Solar Cell Technology 2018 | TaiyangNews 7 件功率而非电池转换效率 。组件设计方面的一些进步正在 有助提高组件额定功率 。更多主栅 、多主栅 、半切割电池 等方案越来越多地应用在 PERC 组件上 。我们总结了领先 组件制造商的顶级 PERC 组件效率 。我们列表中最强大的 由 60 块电池组成的组件有 340 W，由 72 块电池组成的 ， 相当于 144 块半电池的组件的最高额定功率达到 400 W （ 第 5 章 - 生产中的 PERC ） 。 PERC 自从 6 年前进入量产以来取得了显著进步 。我 们总结了 PERC 的发展和改进技术的增量变化（ 第 6 章 - PERC 改进 ） 。 PERC 拥有很多可以调整到 PERC+ 级别的可能性 。 PERC+ 的一些例子如双面 PERC、黑硅制绒和 PERCT 结 构。 但是没有技术是可以永远存在的。 因此， 我们也看看有 什么 可能替代PERC 的 候 选 者 。 这 包 括 了 n-PERT 、 n-PERL、 钝化电极和异质结技术（ 第 8 章 - 超越 PERC ） 。 由于金属化浆料在太阳能电池 ，特别是 PERC 中发挥 着关键作用 ，我们采访了全球市场领导者和该领域的先驱 （杜邦）以及来自中国的后起之秀（帝科电子材料）。 RCT i-BlackTex Inline Wet Chemical Process · 1-1.5min black silicon texturing time · Excellent Cleaning Inline tool length 13m @ 3600 w/h Low running cost · No expensive, unstable H ² O ² · No organic additives · No changes to facilities required Silver recovery unit available RCT Solutions GmbH Line-Eid-Straße 1 D-78467 Konstanz, Germany info@rct-solutions.com www.rct-solutions.com The Technology Company Black Silicon for DWS multi wafers Unique inline process and equipment for texturing of diamond wire sawn wafers is finally available. Picture: DWS wafer textured by RCT „Black Silicon“ Process TaiyangNews 致力于为光伏行业提供覆盖整个产业链的 免费专业技术及全球市场调查报告，请访问我们网站免 费下载更多报告： www.taiyangnews.info www.taiyangnews.com.cn 微信公众号 WeChat8 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 1. PERC 简介 谁会在 5 年前就想到这个呢 ：去年 ，我们进入了 太阳能电池技术领域的 PERC 时代 。而今天 ，PERC 已经是新的标准了 ，至少对于单晶电池而言 。虽然在 2017 年 ，晶硅电池总量中只有不到 20 ％是 PERC 电 池 ，但今年全球电池工厂的 PERC 电池产量预计将接 近 50％。而 PERC 的高速前进似乎还远未结束。 电池制造商继续扩展标准 PERC 电池的生产 ， 好些太阳能电池生产的利益相关者正在提供并努力试 验新的工艺及材料 ，以使 PERC 更上一层楼 。这就是 为什么我们的 2018 年版 PERC 报告要探讨 PERC + 的阶段 ，那包括一切可以支持 PERC 电池基本版提高 效率和产量的附加技术 - 从选择性发射器到双面技术。 许多研究人员和公司也在研究可以与 PERC 竞争或在 明天超过它的电池技术 ，因此我们也会对这些候选者 加以简短分析 . 虽然在硅片电池和组件生产链上的每个人不仅在 谈论 PERC，而且还在谈论关于 PERC+ 时代甚至是 如何超越 PERC，这个概念却并不是新的 。事实上 ， 它已经有三十多年的历史了 。当时悉尼新南威尔士大 学的光伏科学家马丁格林及其同事 ，在 1983 年首次 提出了这一概念， 并于 1989 年发表了一篇科技论文， 其中他们宣布当时的世界纪录效率为 22.8 ％ 。虽然 这些记录效率的电池制成的组件用于了一些小众应用 上， 例如太阳能赛车， 但这种技术未能进入主流市场。 在经过了2011 - 2013 年的大危机之后 ，首批 电池制造商开始用 PERC 技术升级他们的生产线 。 在 2015 年公布 ，并在 2016 年开始生产的新电池产 能中的一大部分 ，都是采用的 PERC 结构 。这种转 向 PERC 的趋势仍在继续 ，无论是对旧产线的升级还 是为满足对太阳能的需求而进行的产能扩张 。这种需 求的增长速度远远超过了过去几年中所有人的预期 。 这就是为什么我们在 2017 年对 PERC 电池产量和产 能的原始估计值必须向上修正 ，以及为什么我们对于 2018 年及以后持更加乐观的看法。 虽然在过去几年里 ，我们一直都有看到 PERC 电池效率不断提高的新消息 ，但最近几个月在这方面 传来的消息特别令人兴奋 ，隆基和晶科太阳能都将效 率记录推向了全新的高度 。他们使用了几种 PERC+ 的方法 ，使得量产 PERC 电池的世界纪录 - 截至 2018 年 5 月 - 现已接近 24％。 PERC 技术的巨大潜力促使我们在 2016 年初发 布了第一份深度报告之后 ，我们在 2017 年的第二版 报告中看到了一个快速成熟 ，并持续在各个方面改进 的市场分块 。现在 ，在我们的 2018 年版报告中 ，我 们看到有意思的 “新” 公司也进入 PERC 细分市场， 而 “老 牌企业” 正试图捍卫其市场份额。 与此同时，PERC 加 工设备的变化发展也针对不同技术发生着变化 。今年 推出了许多新的以及升级的生产设备 。看起来 PERC 仍然有很多东西要探索 ，关于这个晶硅电池技术的新 标准。 推动 PERC ： 隆基石泉领先的单晶硅片制造商 成为推动 PERC 技术的主要力量之一。 Source: © TaiyangNews 2018PERC Solar Cell Technology 2018 | TaiyangNews 9 10 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 microCELL TM Highly Productive Laser Systems for Cell Processing Versatile laser processing platforms: » Laser contact opening (LCO) » Half cell cutting by TLS » Patterning, doping, and annealing » Upmost throughput in the market » Unbeatable cost-benefit ratio www.3d-micromac.com 2. 关于 PERC 当 TaiyangNews 早在 2016 年年初发布第一份 关于 PERC 的报告时 ，该技术还处于其商业化的早 期阶段 ，许多与程序相关的细节尚不清楚 。而今天 ， PERC 已是单晶太阳能电池的新标准 。尽管如此 ，随 着 2017 年全球太阳能市场再次增长约 30 ％ ，超过了 98 GW，许多新参与者已经或正在加入不断增长的太 阳能领域 ，因此 ，我们在这第三版 PERC 报告中还是 对 PERC 技术进行简要介绍 （更详细的基础知识可以 在我们之前的两份 PERC 报告中找到 ，这些报告可在 线下载 www.taiyangnews.info ）。 2.1 PERC 是什么？ 简而言之 ，PERC 是一种电池概念 ，通过仅添加 2 种不同的设备部件 ，即可将效率提高 1 个百分点 ， 与标准电池相比 ，可以以更具竞争力的成本生产 。这 解释了该技术为何能取得成功 ，以及为什么如此众多 的电池制造商在几年前的上一个产能扩张投资周期时 跳上了 PERC 列车。 转向背光面 虽然在过去 ，导致太阳能电池性能持续提升的 大部分改进都在电池接受阳光充足的一面 ，但几年 Process Sequences for Production of PERC Cells Texturing on both sides Phosphorus di usion (tube furnace) Process required to be optimized for PERC Single-side etching and edge isolation Front side silicon nitride ARC and passivation layer deposition Deposition rear surface passivation stack - aluminum oxide capped with silicon nitride Opening rear passivation stack with lasers Two additional process stapes required for PERC Front metallic contact ARC & passivation lm n+phosphorus di used emitter Local AI BSF formed through laser opening of near passivation stack Rear passivation stack Rear contact Fully processed PERC cell after metallization 没有太大的变化 ： 相对于常规电池产线， PERC 电池产线仅需再增添两套额外设备 - 背面钝化处理以及激光开槽设备， 如本流程图所示。 这意味着升级到 PERC 很简单，甚至新建一条完整 PERC 产线也不会花费过多。 PERC 电池生产工艺流程 Source: © TaiyangNews 2018PERC Solar Cell Technology 2018 | TaiyangNews 11 前 ，光伏产业将其重心转向了背面 。从那时起 ，它主 要是关于钝化太阳能电池的后表面并相应地改变金属 化方案 。这些对标准太阳能电池加工线进行的相当简 单的变化 ，就能够给所生产的晶硅产品一个新名称 - PERC，这个名字代表了钝化发射极和背面电池。 PERC 结构是一种从标准背面场 （BSF）电池自 然演化而来的结构 。这种基于 BSF 的电池类型存在 一些固有的局限性 ，随着行业致力于提高电池效率 ， 这种局限性正变得越来越明显 。应用在电池背面作为 BSF 的金属铝膜 ，不能帮助减少背表面的重组速度 ， 例如小于 200 厘米 / 秒 。到达铝背场的红外 （IR）光 只有 60 ％到 70 ％被反射回来 。这些电气和光学损耗 可以通过在背面加额外的一层介电钝化层来大大降 低 ，这就是 PERC。这个概念只涉及背表面的优化 ， 特别是旨在减少电池背光面上的复合损失 ，并且它完 全不依赖于正面。 这意味着， 任何在正面取得的进展， 例如采用创新的金属化方案以及改进结特性 ，都能让 使用 PERC 结构的电池提高性能 。PERC 原理在生产 中实施起来也相对简单 ，只需要在标准工艺顺序中添 加 2 到 3 个额外步骤。 2.2 PERC 工艺 PERC 工艺涉及到在背表面沉积一层钝化膜 ，该 膜在之后的步骤被打开以形成背面电极 - 这就是 在标准太阳能晶硅电池工艺基础上的两个重要附 加步骤 。此外 ，以传统的化学湿式工作台为基础的边 缘隔离步骤 ，在经过调整后用于背面抛光工序 。这意 味着 ，正反两面都经过制绒的硅片 ，仅在背面通过蚀 刻来去除金字塔结构 。 抛光程度因具体情况而异 。 因此 ，用于沉积钝化薄膜的系统和薄膜开口系统 - 主 要是激光器 - 是通常连接到标准晶硅电池加工线的两 个附加工具组。 如果生产线采用的是激光边缘隔离 （这 种生产线目前很少见 ） ，那么还需要添加湿化学工作 台进行背面抛光。（见示意图） microCELL TM Highly Productive Laser Systems for Cell Processing Versatile laser processing platforms: » Laser contact opening (LCO) » Half cell cutting by TLS » Patterning, doping, and annealing » Upmost throughput in the market » Unbeatable cost-benefit ratio www.3d-micromac.com12 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 3. 制造 PERC PERC 工艺涉及到在背表面沉积一层钝化膜 ，该 膜在之后的步骤被打开以形成背面电极 - 在标准太阳 能晶硅电池工艺基础上的两个重要附加步骤 。此外 ， 以传统的化学湿式工作台为基础的边缘隔离步骤 ，在 经过调整后用于背面抛光工序 。这意味着 ，正反两面 都经过制绒的硅片 ，仅在背面通过蚀刻来去除金字塔 结 构。 抛光程度因具体情况而异 。 因此 ，用于沉积 钝化薄膜的系统和薄膜开口系统 - 主要是激光器 - 是 通常连接到标准晶硅电池加工线的两个附加工具组 。 如果生产线采用的是激光边缘隔离 （这种生产线目前 很少见） ，那么还需要添加湿化学工作台进行背面抛 光。 3.1 钝化材料 PERC 制造的关键是背面钝化 ，对其材料的一致 选择无疑是氧化铝。但情况并非从一开始就是这样。 硅氮氧化物 在 PERC 技术发展的早期阶段 ，也许是第一个 将该技术商业化的电池生产商 SolarWorld 公司 ，选 择了氧氮化硅作为钝化材料 。该公司已经对该技术进 行了十多年的研发工作 ，并在 2012 年将其商业化 。 SolarWorld 的 PERC 结构还在正面配备了选择性发 射极 。这家早期的 PERC 技术应用公司为何要开发 基于氧氮化硅的工艺 ，其主要动机是 ，该公司在生产 中一直使用管式 PECVD 炉， 据 SolarWorld 的技术 主管 Holger Neuhaus 说 。而在这方面的经验和熟练 度在后来开发基于氧化铝的工艺时也派上了用场 。 SolarWorld 开发基于氧化硅的 PERC 技术时的设备 合作伙伴是 Centrotherm 公司 。采取这种方法的另一 个原因是为了避免使用昂贵的前体材料 TMA。然而 ， 氧化铝很快就接管了市场 ，特别是在中国 。个中原 因 ？根据 Neuhaus 的说法 ，这个转变并没有出于技 术基础的原因 。 “我们比较了钝化质量和效率 ，在这 两方面氮氧化硅都不比氧化铝差 ， ”他说 。这种转变 主要是由市场动态驱动的 。根据 Neuhaus 的看法 ， 由于在中国大家都公开谈论各种信息 ，因此氮化硅的 一次偶然失败就会在整个行业中发出了负面的波动 。 对氧化铝来说也一样 ，只不过这里正好是反过来的 。 Neuhaus 表示 ，因为某位早期 PERC 技术应用者在 使用氧化铝方面取得了成功 ，于是人人都跳上了氧化 铝的这列车。 氧化铝 另一方面 ，氧化铝符合作为适合的背面钝化材料 所需的所有条件 。真正使氧化铝如此独特的 ，是它的 高达 1013 / cm3 的高密度固定负电荷 。固定电荷正 好位于氧化铝和氧化硅之间的界面处 ，后者是在沉积 过程中生长在硅片上的， 这确保了有效的场效应钝化。 氧化铝在化学钝化方面也获得高分 ，它能作为在热处 理步骤期间提供氢使硅片表面的悬空键饱和的有效氢 储层 。至于光学特性 ，这些带隙为 6.4eV 的薄膜对于 太阳能电池所转换的太阳光来说 ，大部分是透明的 。 唯一的缺点是其值为 1.65 的相当低的折射率 ，这使 得氧化铝不太适合作为发射极侧的抗反射单层膜 ；然 而，该电介质却非常适合作为背面的反射器工作。 氮化硅 但氧化铝不能完全满足背面钝化的所有要求 。它 需要一个保护性的覆盖膜 ，以避免受到铝背场浆料的 伤害 。否则 ，在烧结步骤期间 ，丝网印刷的铝金属将 穿透氧化铝膜 ，完全损坏它 。另外 ，背面钝化层还负 责太阳能电池背面的内部反射 。这带来了对最低膜厚 度的要求的新度量 ，需在 100 至 120nm 之间 （与正 面的约 60 至 70nm 之间相比） 。由于其使用前体的 高成本 ，沉积如此厚的氧化铝膜是不经济的 。除此之 外 ，沉积如此之厚的氧化铝层会对影响沉积工具的产 量 。而且氧化铝膜越薄 ，膜层的其他质量特性 ，例如 机械强度和耐起泡性会更好 。这意味着氧化铝必须很 薄， 同时它又必须达到足够的厚度以保护其光学特性。 因此 ，沉积一个薄层的氧化铝层并在其上用氮化硅覆 盖它是最好的解决方案 ，并且用于沉积该覆盖层的方 法与用于阳光侧的 PECVD 并无二致。 3.2 沉积工艺 关于如何沉积氧化铝的问题 ，量产方面有两个选 择 ，即采用原用于氮化硅的等离子体增强化学气相沉 积（PECVD）或者是采用源自半导体工业的原子层 沉 积（ALD）设备 。大多数光伏制造工艺都源于半导 体加工 ，大多都经过了调整以使其适用于光伏生产 ， 这对于使用 ALD 设备沉积氧化铝来说尤其如此。PERC Solar Cell Technology 2018 | TaiyangNews 1314 TaiyangNews | PERC Solar Cell Technology 2018 3.2.1 ALD 实际上 ，ALD 系统是最早用于 PV 氧化铝沉积的 系 统。ALD 的基本原理可以在我们早期的 PERC 报 告中找到 （例如 《PERC 电池专刊 2017 版 》）。 用 于半导体应用的 ALD 反应器是间歇式反应器， 其中前 体和氧化剂在同一反应室中交替投入而完成 。这些反 应堆非常慢 。虽然实际处理时间是以毫秒为单位 ，但 辅助过程 （例如清洗以及在每个步骤结束时抽空腔室） 要占几秒钟。 结果， 传统的 ALD 系统通常吞吐量很低， 每小时约 50 张硅片， 这对于 PV 制造来说是不可取的。 为了克服这一限制 ，设备制造商开发了创新的产 品平台 。操作原理保持完全相同 - 前体和氧化剂的交 替投料 ，以及在同一反应室中完成清洗 - 但产品已经 调整适应更大的批量 。ALD 的操作原理本身支持这些 修改 ，例如增加批量大小或处理具有更大表面积的基 板 ，这对循环时间能有一些有限的影响 。中国的微导 纳米装备科技有限公司 （Leadmicro）和韩国的 NCD 等公司正在提供基于热原子层沉积的 ALD 系统。 微导公司 首次回复了我们的询问 。这家中国公司 专门为各种应用提供薄膜沉积和刻蚀工具 ，为光伏产 业提供两种生产系统 。该公司的 ALD 平台称为夸父 系列 ，是一个全自动系统 。在 SNEC 2018 展会上 ， 微导公司推出了一种名为 KF6500 的高通量型号。 “该 工具已经被一家领先电池制造商用于大规模生产， ” 微 导的 CTO Weiming Li 说 。该系统具有智能自动化功 能 ，配有自动导引车 （AGV）和 MES ，易于操作 。 和以前的系统一样 ，新工具可以一批次处理 800 片晶 圆 ，但却能实现每小时 6,000 片晶圆的高吞吐量 。操 作在 150 至 300 ℃的温度下进行 ，所得的薄膜表现出 良好的均匀性 ，同片晶圆内部的额定偏差小于 1 ％， 同一批次的晶片以及不同批次的晶片之间的额定偏差 为 2 ％。Li 表示 ，该系统的竞争优势在于其正常运行 时间高达 96％。该工具的额定破损率低至 0.1％。 这些基于时间的 ALD 系统存在一个天生缺陷 ， 氧化铝会沉积于硅片的边沿以及正面的边缘地带 ，即 所谓的环绕式沉积 。然而 ，微导正在推动在硅片两面 沉积氧化铝的系统 。由于氧化铝在发射极侧是在氮化 硅层之后进行沉积 ，具有固定负电荷的该电介质将不 与硅片的发射极表面发生接触 ；相反 ，它存在于氮化 硅层之上。这样就避免了反转层的形成。 这种方法似乎已经说服了一家大型中国电池制造 商通威 ，该公司正在制作一种两侧都有氧化铝的电池 结构 。根据通威的说法 ，这种方法没有产生任何性能 方面的好处 ；这意味着这个选择的缘由应该只是工具 方面的 。通威看重的是与批次型 ALD 系统相关的低 维护 、高正常运行时间和更高吞吐量 。由于无法避免 环绕沉积 ，那么在两侧都涂层就是可以解决这些限制 的一种简单工作了。 与此同时 ，微导的首席技术官 Li 强调该方法确 有 “好处” ，但不愿提供细节 。该公司甚至拒绝提供 薄膜配置和前体 TMA 的相应消耗量 。然而 ，根据 CSPV 2017 会议上的一个报告 ，Leadmicro 的 ALD 系统的TMA 消耗量低约1 毫克/ 晶圆， 运营成本为0.03 元 / 晶 圆。 Li 说 ，另一方面 ，夸父系列可以很好地支 持单面沉积。 至于氮化硅覆盖层的沉积， 据 Li 介绍说， 该公司愿意“开放”与任何 PECVD 供应商的合作。 来自韩国的 NCD 是另一家采用传统的基于时间 的 ALD 原理的公司 。与微导类似 ，它也在推进氧化 铝在硅片两侧的沉积 。该公司今年没有回复我们的问 询 。根据上次提供的数据 ，NCD 的顶级配置是其 GS 1600 型号 ，配有 4 个室 。将硅片放置在硅片舟里送 入机器 ，每个硅片舟容量为 100 张硅片 ，每批次可处 理 16 个这样的硅片盒子 。反应器每批次所需要的加 工时间为 23 分钟， 其平均小时吞吐量为 3600 张硅片。 NCD 声称其 GS 1600 在最大模式下工作时可处理高 达 4200 张硅片 ，最有可能使用臭氧作为氧化剂 。这 也许是市场上唯一的 ，除了水蒸气之外还能够使用臭 氧作为氧化剂的工具 。在 ALD 中使用臭氧作为氧化 剂能够在较低温度下取得相对较高的反应速率 ，有助 于缩短清洗时间。 空间式 ALD 作为基于处理时间以批量操作模式运行的传统 ALD 系统的替代方案 ，一些设备制造商已经开发出 了空间 ALD。这意味着不再将反应物交替地泵送到 一个室中 ，而是把反应室分成了多个不同的区域 ，在 这里 ，将硅片暴露在前驱气体中进行反应 。这些反应 区通过内部气帘隔开 。若操作得当 ，这些气盾也会起 到气体轴承的作用 ，使硅片在无阻力状态下运动 。这 些气盾同时也充当各反应区之间的隔断 ，防止反应器 壁出现交叉反应和寄生沉淀 。荷兰公司 Levitech 和 SoLayTec 研制的产品就是根据这种空间 ALD 原理。 这种方法不仅适用于在线运行模式 ，也可以应用于大 气压力之下，节省抽送和排放反应器气体所需时间。 这种空间 ALD 方法是专门为光伏工业研发的 。 这种方法还有一个天然优
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