【CITPV】原子层沉积（ALD）高效电池技术和国产化最新进展

江苏微导纳米装备科技有限公司 原子层沉积（ ALD）高效电池技术 和国产化最新进展 黎微明 Wei-Min Li （ PhD/CTO） LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 ALD技术在高效电池的产业化趋势 ◼ ALD正逐步取代 PECVD成为主流钝化技术 China PVTech Roadmap（ 2018） LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 p-Si SiN Al2O3 n+ SiN SiN n-Si SiN n+ p+ Al2O3 ◼ 原子层级薄膜沉积技术适合 钝化应用 ◼ 批量型 ALD设备的成熟大大 降低了生产成本 P-type PERC N-type Bifacial PERT ◼ ALD新薄膜材料开发活跃 ◼ 对新型电池技术适应性强 ALD技术在高效电池的产业化应用 p+ n-Si SiNx Al2O3 SiNx Poly-Si SiO2 TOPCon LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 ALD在高效电池应用中的优势 ◼ 高密度超薄薄膜，无针孔 ◼ 精确到原子层级厚度控制 ◼ 100% 保型性 ◼ 纳米叠层新材料 y = 0.1281x - 0.4431 0 20 40 60 80 100 120 140 0 500 1000 Thic kne ss (n m) Cycle Wafer(n) a-SiNx p AlOx Ag Ag SiNx Ag Ag Tunnel SiOx Doped Si(n) LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 微导 ALD高效电池量产结果 Cell Type Average Efficiency p-PERC (mono) 21.8% p-PERC+ (mono) 22.5% RIE+PERC (multi） 20.5% p-MWT （ mono） 23.1% RIE+MWT (multi) 21% n-PERT bifacial 22% n-TOPCON 23% n-IBC 23.5% (RD) ALD高效 PERC电池 量产新进展 Customer data with permission LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 不同 ALD Al2O3 钝化性能 ◼ 不同 ALD Al2O3 工艺具有不同钝化效果，表现在界面缺陷 密度，负电荷密度及表面复合速率等方面 Source: Dingemans et al., ESSL 14, 2011 LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 ALD Al2O3 臭氧新工艺 ◼ 微导 ALD臭氧工艺整体表现可进一步提效 ~0.05% KF10000 ALD 钝化系统 ◆ 产能：主机 /自动化产能 10000片 /小时 ◆ 提效：臭氧工艺， Al2O3及 SiO2等多种材料， 效率增益 0.05-0.1% ◆ 兼容性： 硅片尺寸 （ 156-220mm)， 单、双插自由切换镀膜，在线工 艺监测 ◆ 维护保养：更长维护保养时间 (腔体、干泵 1年） ◆ 更低运营成本： 0.008元 /wafer ALD高效 PERC电池 可靠性研究 Customer data with permission LeTID研究热点 ◼ Light and elevated Temperature Induced Degradation (LeTID）可 严重影响电池转换效率和组件寿命 ◼ 机理尚不清楚，是当前 PERC电池抗老化性能研究热点之一 Source: Chan et al., IEEE JPhotovoltaics 6, 2016 LeTID研究热点 ◼ LeTID是当前 PERC电池抗老化性能研究热点之一 , 机理与 SiNx:H 的氢 有关 Source: Bredemeier et al., AIP Conf. Proc., 2018 p-Si SiNx:H Al2O3 n+ SiNx:H ALD Al2O3钝化膜对 LeTID的影响 ◼ ALD Al2O3 钝化膜可对 PERC 电池 LeTID性能 进行调节：氢原子扩散阻挡作用 Source: Varshney et al., 9th ICCSPV, 2019 ALD PERC 电池较 PECVD 具有更好的抗 LeTID性能表现 80’s电发光（ EL）显示器 substrate glass passivation layer (ion barrier) dielectric layers light emitting layer, ZnS(Mn) black back layer passivation layer electrodes Credit: Dr. Tuomo Suntola ALD 技术离子阻挡层的应用 ◼ ALD 作为尖端镀膜技术，在半导体、显示器等多个产业早已广泛应用 于离子、原子、及水氧阻挡层 Cu Cu W Nx Cy Source: W.-M. Li, IITC 2002 Credit: Hacke NERL 2012， Luo et al., Royal Soc. Chem 2016 组件抗 PID性能 ◼ 钠离子扩散是影响组件抗 PID性能的主要因素之一 ◼ 昂贵的高性能封装材料依然是组件降本的痛点之一 ALD 提升电池抗衰性能的最新研究 微导专利 ALD技术可解决晶硅电池抗 PID性能，大大降低 高性能组件生产成本 0 10 20 30 40 50 0.0 00 0.0 25 0.0 50 0.0 75 0.1 00 0.1 25 0.1 50 0.1 75 Shun t co nd ucta nce (m S/cm 2 ) Tim e o ffse t ( hr ) Unt re ate d Le ad micro tr ea ted Commercial PERC cell passes 1000 V bias PID test Leadmicro “PID free” technology ALD在后 PERC电池 技术的展望 Customer data with permission LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 ALD在高效电池应用中的优势 ◼ 高密度超薄薄膜，无针孔 ◼ 精确到原子层级厚度控制 ◼ 100% 保型性 ◼ 纳米叠层新材料 y = 0.1281x - 0.4431 0 20 40 60 80 100 120 140 0 500 1000 Thic kne ss (n m) Cycle Wafer(n) a-SiNx p AlOx Ag Ag SiNx Ag Ag Tunnel SiOx Doped Si(n) LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 ALD 载流子选择性接触钝化技术 Source: https://pv-manufacturing.org/carrier-selective-contacts-for-silicon-solar-cells/ ◼ 后 PERC时代，超薄材料、复合材料的应用进一步提升 ALD技 术的延续性 ZR4000X2 PEALD系统 ◆ 微导专利技术，为 PERC 线升级 TOPCon技术量身订制 ◆ 可期待效率 23% ◆ 产能：主机 /自动化产能 4000片 /小时 ◆ 强大材料体系： PEALD Al2O3, SiO2, 原位参杂 （ in-situ） Poly- Si:P(B)， PECVD SiNx ◆ 硅片尺寸：（ 156-220mm)， ◆ 维护保养：更长维护保养时间 (腔体、干泵 1年） 臭氧 臭氧 PEALD 2 nm Al2O3 /PECVD SiNx p+ n-Si SiNx Al2O3 SiNx Poly-Si SiO2 PEALD 1-2 nm SiO2 /in-situ Poly-Si:P(B) PERC线 升级 TOPCon 微导方案 制 绒 / 清 洗 磷 扩 清 洗 氧 化 退 火 背膜 PEALD Al2O3/ SiNx 正膜 SiNx 烧 结 / 印 刷 制 绒 / 清 洗 硼 扩 清 洗 正膜 PEALD Al2O3/ SiNx 背膜 SiNx 烧 结 / 印 刷 背膜 PEALD SiO2/ Poly-Si BOE/ (RCA) ◼ 微导 Topcon方案设备利用率最高 ， 产能影响小 ， 主要优势及特点： ◼ 现有 PEALD Al2O3/SiNx 是 TOPCON必选正面钝化技术 ◼ 微导专利 PEALD 超薄隧穿 SiO2/In-situ poly-Si， poly无绕镀 LEADMICRO CONFIDENTIAL PROPRIETARY WML 171030 V01 PEALD Al2O3 钝化效果对比 Eff. (%) Voc (mV) Isc (A) FF (%) ZR4000X2 23.09 673.3 10.28 81.46 PECVD 22.98 670.9 10.30 81.23 PECVD PEALD ◼ PEALD Al2O3 钝化技术可维持超薄厚度 80% 微导简介 Leadmicro Confidential proprietary 超过 20个电池厂家， 累计出货 140台， 总装机量超过 35GW ALD已成为当前高效电池产业 化生产的主流技术 ALD在综合成本上具有重要优势 总结 /Conclusions ALD技术可以延续到后 PERC时代 感谢广大客户对尖端装备国产化 和知识产权保护的大力支持 微导客户：“微导推出的管式 ALD设备，在技术、成本和量产 数据上都表现优异，促进了 PERC技术的大规模推广” PV MAGAZINE 2019/6： ALD Storms Market for PERC