许烁烁《核心装备国产化加速异质结电池产业化进程》

核心装备国产化加速异质 结电池 产业化进程 湖南红太阳光电科技有限公司 THE RESEARCH INSTITUTE CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION 2020.06 目录 CONTENT 01 02 03 04 05 公司简介 异质结电池产品特点 板式PECVD设备 板式PVD设备 小结 2 公司简介 湖南红太阳光电科技有限公司成立于2009 年6 月 ， 注册资金3.28 亿元 ， 是 中国电子科技集团有限 公司 （CETC ） 三级 重要 成员单 位。 是 一家以 光伏 装备的 国产化 、 智 能化为 使命， 专业 从事太 阳能 光 伏装备和系列光伏产品的 研发、 生产制 造与系 统集成 服务的 高新技 术企业 。 公司现有员工736 人 ， 其中 ， 技术 人员165 人 ， 研究 员级 高 级工 程师3 人 ， 高级工程师40 人 ， 博士7 人 ， 硕士83 人 。 已 建成先 进装 备及 光伏 产 品的开 发和验 证平 台， 现拥有光 伏 装备产 业化厂 房， 为光伏 装备 提 供了高效生产平台。 3 公司简介  国家光伏装备工程技术研 究中心 产业化 基地  湖南省晶体硅太阳能电池 工程技 术中心  湖南省企业技术中心  中国电子信息百强企业  全国电子信息行业标杆企业  国家智能制造试点示范企业  国家绿色供应链管理示范企 业  中国湘商行业领军品牌 4 公司简介 5 异质结电池产品特点 6 量产电池效率 双面性 工艺步骤数量 N-PERT ～23% 是 ～13 Topcon ～23% 是 ～13 IBC ～23% 否 ～22 HJT ～24.5% 是 ～6  量产效率最高的n 型电池， 兼具双 面发电 性能  效率提升空间和成本降低 空间较 大，可实 现25% 以上的 量产效 率  据InfoLInk 和ITRPV 2020 预测，异质结电池产 能在未 来10 年将 得到迅速扩张  工业和信息化部《光伏制 造行业 规范条 件（2020 年 本） 》（征 求 意见稿）指出：新建单晶 电池产 能光电 转换效 率要求 提升至23% 异质结电池产品特点 7  国内电池制造商对异质结电池投资热情持续升温，19 年以来，异质结电池项目投资 规模有望突破150亿元 时间 公司 投资规模 2018 年11 月 东方日升 2.5GW 高效太阳能电池与 组件生 产项目 2019 年7 月 山煤国际 10GW 异质结电池生产 线项目 2020 年2 月 通威股份 30GW 高效太阳能电池 及配套 项目 2020 年3 月 中利集团 1GW 高效异质结电池及 组件生 产项目 2020 年3 月 爱康科技 1.32GW 高效异质结光伏 电池及 组件项 目 异质结电池产品特点 8  工艺流程简单  工艺温度低  无光致衰减  无电位衰减  低温度系数  更具双面发电优势 清洗制绒 非晶硅沉积 测试分选 TCO 沉积 丝网印刷 固化 PECVD 设备 PVD 设备  浆料、靶材、核心设备需要国产化  1GW设备成本约为PERC 产线的3 倍  PECVD+PVD 设备，占产线设备成本 75% 以上 9  通过设备国产化，1GW 异质结电池产线， PECVD 和PVD 的价格有望降低50% 以上  湖南红太阳光电科技有限公司致力于板式PECVD 和PVD 设备的国产化，加速异质结 电池产业化进程 异质结电池产品特点 设备类型 产能 片/ 小时 价格 万元/ 台 1GW 设备价格 万元/GW 进口设备 PECVD 2400 7000 70000 PVD 6000 3000 12000 国产设备 PECVD 5000 6000 30000 PVD 8000 2500 7500 板式PECVD 设备 10  高产能在线式PECVD 系统 5×5 载板α 机工艺调试中  大面积反应腔体正在优化设计中  单台设备完成双面非晶硅薄膜沉积 板式PECVD 设备 11  多个独立的PECVD 模块沉积双面非晶硅薄膜  每个PECVD 模块具有独立的等离子体产生系统 自动化 上料 腔 预热 腔 过渡 腔 预热 腔 下料 腔 载板 循环 ~35m ~44m 载板 交换 过渡 腔 I 层 沉积 N 层 沉积 I 层 沉积 P 层 沉积 板式PECVD 设备 12  特殊腔体结构设计，减少驻波效应，保证等离子体的均匀性  腔壁辅助加热技术，保证整个腔体温度场均匀稳定  射频多点接入技术，具有更佳等电位分布均匀性  采用添加偏置电压的方式提高薄膜质量  快速匹配技术，功率稳定所需时间短 板式PECVD 设备 13 测试结果 膜厚（nm ） 测试模型 抛光片 c-Si 1 中心点 108.3 膜厚均匀性1.9% i a-Si on polished c-Si 片间均匀性4.5% 边1 104.3 边2 108.3 边3 106 边4 105.9 平均值 106.56 抛光片 c-Si 2 中心点 97.3 膜厚均匀性3.4% i a-Si on polished c-Si 边1 100.1 边2 96.4 边3 93.5 边4 99.5 平均值 97.36 抛光片 c-Si 3 中心点 101.2 膜厚均匀性2.9% i a-Si on polished c-Si 边1 99.5 边2 99.7 边3 101.5 边4 105.3 平均值 101.44 板式PECVD 设备 14  采用高阻n 型硅片，镀膜后硅片少子寿命3000μs 3270 3302 3709 3762 3121 3812 3503 3979 3424 3872 3395 3469 4218 3343 3589 3681 3898 4128 3854 3534 3722 3712 3782 3328 3846 板式PECVD 设备 15  采用高阻n 型硅片，开路电压730mV ，最高可达745mV  电池平均开路电压740mV  电池双面率90%  最佳电池正面转换效率23.34% ，背面转换效率22.61% 开路电压 （mV ） 短路电流 （A） 填充因子 （% ） 转换效率 （% ） 电池正面 742 9.4987 80.89 23.34 电池背面 686 10.0484 80.19 22.61 板式PECVD 设备 16 类型 参数 硅片尺寸 156×156 ，兼容到210×210 载板规格 8×8 产能 166×166 5000 片/小时 180×180 3800 片/小时 210×210 2800 片/小时 设备尺寸 35000×6000×3000（占 地 面积210m 2 ） 沉积薄膜 本征a-Si ，n 型a-Si ，p 型a-Si uptime 90% 硅片碎片率 ≤0.05% 温度均匀性 ≤10 ℃，200 ℃时 成膜厚度 40 ～150A 少子寿命 3000 μs 膜厚均匀性 片内≤4% ，片间≤10% ， 批间 ≤5% 板式PVD 设备 17  设备产能8000片/小时  上下双面镀膜，专为异质结电池双面TCO 工艺设计  载板宽度2400mm ，宽度方向可容纳12 片166×166 硅片 板式PVD 设备 18  腔体模块化设计，根据用户需要可以灵活组合成不同规模的生产线  缓存台独立控制，可实现框的缓存，便于检修和维护，提高设备使用率 上料平台 加载腔 加热腔 缓冲腔1 缓冲腔2 冷却腔 卸载腔 升降平台 缓存平台 后缓冲腔 上反应腔 上反应腔 下反应腔 真空泵组 电源电控柜 真空泵组 板式PVD 设备 19 技术特点之一：大跨度旋转阴极靶设计  平衡磁场设计，可调的高磁场强度、更低 的电压，有利于减少损伤  独特的靶材冷却设计，增加水路湍流，提 升冷却效果，可充分冷却靶材热源，避免 冷热不均靶裂，工艺稳定性高  水冷辅助阳极，可吸收工艺过程中多余的 电子，减少基片升温，降低溅射损伤 阴极冷却水3D模拟 板式PVD 设备 20 技术特点之二：边缘补气技术  三段进气系统设计，对边缘气流进行补偿  气体流动均匀，片间均匀性好 三段布气系统 板式PVD 设备 21 技术特点之三：多温区均匀控温技术  多组加热器分段控制，可实现腔内温度的均匀分布  加热器垂直载板传送方向，温度均匀性高  工艺腔温度最佳可控制在±5 ℃内 板式PVD 设备 22 技术特点之四：大载片量、小变形组合式载板  钛合金骨架+ 不锈钢小载板的方式，载板寿命长，变形量小  整体变形量可控 板式PVD 设备 23 技术特点之五：机械掩膜设计  载板采用自我保护的机械掩膜设计，实现ITO 边缘隔离  台阶宽度1.2mm ，理论机械掩膜宽度0.95mm ，遮挡面积小，电池填充因子高  不会对非晶硅钝化层造成破坏 板式PVD 设备 24  100 ℃时，极限机械掩膜宽度0.2mm ，极限放片容差极限0.3mm  工艺温度升高时凹槽边缘由于热膨胀而变宽  可采用卡点的形式，进一步减少机械掩膜的宽度，提高电池填充因子 下开口宽度1 上开口宽度 下开口宽度2 卡点 板式PVD 设备 25 技术特点之六：长寿命靶材，使用时间达40 天 项目 单位 RSP-6000 RSP-8000 目标膜厚 nm 100 100 靶材数量 set 4 6-8 单靶膜厚 nm 25 16.7 沉积速率 nm·m/min 38.8 34.7 靶材长度 mm 2400 2400 靶材内外径 mm Φ 135Φ 153 Φ 135Φ 153 放电功率 kw 10.4 9.26 靶材使用寿命 kwh 8860 8860 靶材使用时间 h/( 天) 852/ （35.5） 957/（40） 板式PVD 设备 26 技术特点之七：多层膜技术  可通过多层膜方式优化TCO 薄膜， 提升电池转换效率  采用不同性能靶材，实现多层ITO 薄膜沉积 非晶硅薄膜 高电导率薄膜 高透过率薄膜 栅线电极 高电导率薄膜 板式PVD 设备 27 技术特点之八：工艺腔隔离溅射工位设计  隔离旋转磁控阴极溅射工位，便于分层镀 膜和工艺优化  增加工艺腔内抽气和控压能力，有利于均 匀性分布 板式PVD 设备 28  RPD 靶材成本显著高于PVD ，考虑效率增益的附加收入仍极不具性价比  同产能下，RPD 设备成本显著高于PVD  同产能需配置更多设备、附加投入更大，成本劣势显著 板式PVD 设备 29 类型 参数 硅片尺寸 156×156 ，兼容到210×210 载板规格 12×12 产能 166×166 8000 片/小时 180×180 6700 片/小时 210×210 4500 片/小时 设备尺寸 36000×8000×2500（占 地 面积288m 2 ） uptime 91% 硅片碎片率 ≤0.05% 温度均匀性 ≤10 ℃，250 ℃时 成膜厚度 100nm 透过率（350-1100nm ） 91% 膜厚均匀性 片内≤4% ，片间≤5%， 批间 ≤3% 方阻（Ω ） 50±10 小结 30  异质结电池在未来十年产能将逐步扩大，主要降本途径为异质结电池用PECVD 、 PVD 设备的国产化，导电银浆、靶材成本的进一步降低  板式PECVD 设备实验机台已满足异质结电池工艺调试的需要，后续主要发展方向 是增大工艺反应面积，提高设备产能，降低单片电池的设备成本和运营成本  板式PVD 设备产能已达8000 片/小时，目前正处于生产调试阶段；通过多层膜层 设计和工艺调整，提高薄膜透过率和电导率  红太阳光电公司始终致力于高端光伏装备的研发与创新，推进高效太阳能电池技 术产业化进程，实现装备国产化，服务本土化