关于N型TOPCon高效电池技术的研讨 - 核心零部件 - 深圳市拉普拉斯能源技术有限公司

关于关于N型型TOPCon⾼效电池技术的研讨⾼效电池技术的研讨 - 核⼼零部件核⼼零部件 - 深圳深圳市拉普拉斯能源技术有限公司市拉普拉斯能源技术有限公司 laplace-tech.cn/news_view.aspx PERC之后的路线，争论由来已久，面对异质结气势如虹的各种推 广，谁也没有想到的是，众多电池企业，其实是在默默对同是N型 技术的TOPCon进行耕耘，而前段时间行业内某龙头电池厂的电话 公告，则进一步揭开了TOPCon的神秘面纱， 其实很多人对于TOPCon技术仍然没有系统的理解，恰好我司近日 受邀在“光伏变迁见证者“论坛群里举行了一个关于TOPCon的在线 讲座分享，直播受众达千人。那么就让我们来深入了解一下 TOPCon技术的前世今生。 正文 1/8 本篇分享文章分为四个部分： 1、关于我司介绍; 2、TOPCon的行业调研分享； 3、N型TOPCon设备的介绍； 4、群友提问的解答； 2/18 拉普拉斯成立于2016年，分别在广东省深圳市和江苏省无锡市设有 研发中心、制造基地，主要致力于高效光伏半导体等领域的高端设 备的研发、生产、销售及应用。 公司主要成员包括林佳继博士、Yvon博士、陈博士、Alex博士等行 业顶尖人才；聚集了6个国家一个百余名各领域专业人才的高端科技 型企业，其中研发人员共有60余人，资深设备专家六人，国家千人 计划两人，博士六人。 公司自主开发了低压硼扩，低压磷扩，LPCVD，PECVD，以及配套 自动化设备，迄今为止申请了131项专利，其中发明专利33项。 3/18 随着高效太阳能电池技术的发展,P型电池在选择性发射极上线之后, 量产效率已经达到了22.5%,而这也已经到达P型单晶效率的一个瓶 颈。后续对正面Poly finger的工艺要求会更加复杂,整体电池技术的 发展，需要考虑经济性。 目前，N型TOPCon实现了量产效率超过23.5%，而且相对于理论效 率，其仍有更高的提升空间；而与HIT技术相比，虽然双方都是理 论效率可以超过26%，但是TOPCon的设备投资是远低于HIT的，所 以，从投资回报周期的角度讲，TOPCon具有先发优势。相比 TOPCon，异质结多花几倍钱少走几步路，在利润率持续下降的光 伏行业，投资回报过长增加太多不确定性。TOPCon技术还有以下 优点：电池高效率及后续提升潜力大、电池成本低、工艺稳定性 高、设备兼容性成熟度高、具有完美的钝化、无正面吸光问题、匹 配丝网金属化度好、与现有产线兼容性高、材料匹配性好、无瓶颈 原材料（如TCO中的铟），以上的种种优点，使得TOPCon会是继 PERC后最具有发展空间的电池技术，其在投资效率、可靠性、组 件匹配性上，均具有别的技术无法具备的优势； 4/18 从市场占有率分析，近些年N型电池占比逐步在增长，其中TOPCon 技术更为明显，已经实现了GW级规模的量产。 而目前HIT虽然有很多厂家也已经投产或者公布了投产计划，但 是整体的HIT的产能占比还是较低。 5/18 现阶段，TOPCon量产效率已经达到了23.5%-23.8%，实验室的效 率能够达到25.7%。 其设备的国产化成熟度较高，硼扩、LPCVD均已经实现国产 化，GW级别设备的投资额较PERC仅增加20-30%；目前大陆，采 用TOPCon技术的有5家是全产业链的公司，另外加3家是专业电池 制造商。 HIT目前面临的问题在于：其设备投资额较高，较PERC增加4-5 倍，另外设备的国产化程度较低，一旦量产，运营成本也较高，靶 材、其金属化浆料的使用亦存在瓶颈，据悉，即使HIT设备厂家公 布的国产化降本目标是控制在5亿左右，但是投资成本还是偏高。 上图可以看出，TOPCon仅需要在目前Perc工艺中增加硼扩散、 LPCVD以及湿法刻蚀机台； TOPCon设备已经国产化、设备具有较高的成熟度、可以在现有的 产线进行技术升级、具备大量的工艺设备研发人员以一线熟练工人 的人才储备，这些优势都是加固了TOPCon技术的快速发展优势。 6/18 HIT因为是异质结技术，设备国产化较低，其对于设备、工艺材 料、车间的环境及整体洁净度的要求比较高，如果要量产的话，需 要新建设备厂房，这也是一笔投资。 综上所述，TOPCon在PERC之后的技术选择中，具有不可取代的整 体优势。 上图是TOPCon结构图，拥有1-2nm的隧穿氧化层，具有很好的选 择性，允许多子电子穿越，同时阻挡少子空穴的复合，相对于 PERC、PERT技术而言，流程简单，便于升级。 7/18 上图是我们调研的，市面上的TOPCon技术的四种路线，包括了本 征+磷扩、原位掺杂、先磷后硼、离子注入；所以该技术可选择的 路径较多，每一种路径都有较好的表现。 8/1 上图是TOPCon关键工艺路径：Tunnel Oxide的生长方式，总共介 绍了四种生长方式：包含了热氧化法、湿化学法、PECVD、准分子 源干氧； 从Tunnel Oxide厚度来看的话，不同厚度的相关表现，在各类文献 里面都有报道，但是一般当厚度大于2nm时，隧穿将难以实现，所 以量产的Tunnel Oxide厚度一般都在1.5-2nm，目前主要以热氧为 主，从节省设备的角度来看，基本都是集成在LPCVD机台实现原位 热氧。 关于硼扩：从目前的硼扩掺杂技术来分，主要有：低压的管式扩 散、旋涂硼源扩散、常压管式扩散、离子注入+退火。 9/18 综合来看，TOPCon虽然会是高效电池路线中的最优的选择，但也 面临着一些挑战，具体的内容如上图； 针对上面的困难点，我们再来介绍下我司对于TOPCon电池设备上 的解决方案： 10/8 上图是我司硼扩散的相关介绍，下图是我司LPCVD的相关介绍，我 司的硼扩和LPCVD都采用水平放片的方式，达到2000片/管的行业 最高产能，且水平放片的方式更适合大片薄片生产，无搭片问题， 绕镀/绕扩少且均匀可控，镀膜/方阻均匀性更高。我司的硼扩采用 低压BCl3气态源作为扩散源，大幅降低设备维护成本和运营成本。1/8 综上所述，我司N型设备的优势包括：低能耗、大产能、强大工艺 集成能力、工艺稳定性好、单面性好、运行成本低。这些技术突破 让TOPCon大规模量产更具可行性，产业技术升级提早到来。 我司更多的方案介绍如下图： 12/8 我司的这次分享讲座得到了非常热烈的欢迎，在讨论中，群友也提 了非常多的问题，我们一一给出了解答，以下为问答部分： 1、TOPCon 成本降低的降本潜力。 回复：TOPCon成本下降的潜力很大，随着电池制程表现的不断提 高，非硅成本必然会降低；另外，银浆的耗量以及成本的下降空间 也很大；投资额低导致整个设备的折旧成本也低； 另外，我司的硼扩、LPCVD等关键设备也已经实现了国产化，设备 上也是致力于大产能低运营成本，有利于推动TOPCon技术的降本 工作。 2、目前业内有哪几家在用此技术，是否是嫁接在现有产线上还是全 新产线？效果如何？ 回复：业内主要有中来、天合等，基本上都是全新线。另外，据了 解，很多企业，新上PERC产线都都预留了TOPCon升级空间，目前 的效率能够达到23.5-23.8%左右，良率也基本在93%-94%左右。 13/8 另外，据了解，很多企业，新上PERC产线都都预留了TOPCon升级 空间，目前的效率能够达到23.3-23.5%左右，良率也基本在93%- 94%左右。 3、除了N型硅片，TOPCon还需要何种新材料？供应前景如何？ 回复：TOPCon技术，N 型和P型都可以做，基本不需要新的材料， 其与PERC的材料没有明显差异，整体材料的供应没有问题。 4、不同沉积方式的差别（LPCVD PEALD APECVDMAIA）； 回复：主要还是LPCVD和PECVD的差异。从目前来看的 话，LPCVD的成膜质量更好，而且其产能大，维护比较方便； PECVD虽然沉积速度快，但是可能出现爆膜以及造成粉尘的产生。 5、集成原位掺杂与单独磷注入的差别 回复：原位掺杂因为磷烷抑制了非晶硅的成膜速率，会导致其均匀 性变差。另外它要兼容均匀性和方阻，所以控制会比较难； 而用本征来做磷扩，兼容性会比较好，也容易控制。 6、PERC升级TOPCon工艺路线的设备成本； 回复：这个要看实际状况，相信大家都能理解，一般GW级别目前 大概在5-6千万左右，仅供参考； 7、生产运行中SIO2的厚度如何检测？ 回复：生产运行中，二氧化硅的厚度是很难检测的，其实我们也不 建议在生产过程中做二氧化硅的检测，可以从其他工序的监控反应 出来，比如从方阻就可以看出来。 8、LPCVD方式的优点、均匀性情况？ 回复：LPCVD的优点:产能大,易于维护,是一个比较成熟的设备；而 均匀性目前可以做到433这样水平。 9、TOPCon对浆料的要求？ 14/8 回复：要求较高，从去年的整体情况看，浆料对于整体电性能提升 作用很大，当然也意味着较大的降本空间。 10、绕镀的宽度对绕镀清洗的影响，绕镀清洗的难点有哪些？目前 的绕镀清洗方式有哪些。 回复：绕镀的宽度对于绕镀的清洗难易有关，宽度越大，清洗越困 难，比如会导致清洗不均匀、外观不良或者EL不良。 目前主要的绕镀去除方式是酸刻和碱刻。 11、正面氧化铝钝化之前是否还有必要增加热氧？ 回复：个人认为不需要增加热氧，目前来看氧化铝的本身钝化的效 果就比较好。 12、正面氧化铝是否可以用其他钝化膜代替 回复：正面氧化铝可以用其他的钝化膜来代替，但是目前氧化铝的 本身钝化效果就比较好，另外其工艺也比较成熟，成本也比较低。 13、对于TOPCon而言，PECVD方式氧化铝和ALD方式氧化铝有什 么差异 回复：TOPCon在绒面的钝化是在正面进行，在绒面上进行钝 化，PECVD的生长速率快，可能会导致钝化效果略差于ALD。 14、TOPCon产线设备投资相对于PERC比较优势的临界点在哪里 （转化率优势达到多少，设备投资额差距多少）。预计这个临界点 出现在什么时候。 回复：个人认为，关键临界点就在眼前，因为目前PERC的效率基 本已经到极限，而TOPCon在市场上已经有GW级别的量产，整体的 运行状况也较好，效率可以做到23.3-23.5%，良率也基本超过 90%，运营成本也在不断降低中。 15、N-TOPCon现在的实际良率和量产效率怎么样？现在国内规模 大概多少呢？另外，贵公司针对P-TOPCon方面有和国内外企业做 过研究测试吗？大体情况如何？ 15/8 回复：N-TOPCon我司实际量产效率在23.5-23.8，国内的规模约4- 5GW， P-TOPCon已经有一些研究机构已经做出来了，效率也比较 高。P型TOPCon和N型TOPCon只是电池路线差异，我司的设备均 可以使用。 16、目前新建1GW的TOPCon产线，大约多少亿。 回复：大概2.5亿左右吧。最终要看各家配置。 17、新的TOPCon产线是否兼容166和210尺寸的电池 回复：我司的设备是可以实现全尺寸兼容。 18、未来两三年N型硅片的主流尺寸和片厚会是怎样？ 回复：目前只能说大尺寸肯定是未来的趋势。 19、PL技术在TOPCon中的应用； 回复：PL是在TOPCon的一个标配，对于效率异常的排查，对于效 率的提升都是非常有帮助的。 20、如何在设备端和载具上解决绕镀？ 回复：我司设备的绕镀基本控制在硅片的边缘1cm左右，我们还在 不断努力的开发无绕镀的设备。 21、对于多晶硅绕镀清洗，酸碱法清洗谁更有优势，链式和槽式谁 更有优势； 回复：目前酸碱都能去除， 最终还是要看工艺的匹配以及综合性价 比来选择。 22、N-TOPCon扩散工艺会使用到BBr3或BCl3气体，请问两者优缺 点为何? 回复：BBr3使用比较多，尤其是光伏，以说其整体的设备市场占有 率较高。 16/8 BCl3的运营成本包括BOM成本以及设备维护保养成本，其整体的运 营成本还是优于BBr3。 23、TOPCon技术与现有组件技术能否有效兼容，比如叠片，半 片，大硅片，双面等。 回复：TOPCon能够有效的兼容半片、叠片、大硅片以及双面组 件； 24、PERC+可以叠加TOPCon技术进去的，另外，拉普拉斯的LP炉 管寿命是多久？ 回复：关于延长石英管寿命，目前有很多方法予以解决。 25、水平放片，下面那片不会有很重的舟齿印？因为重力压紧了， 气体进不去。 回复：不会，舟印只跟石英舟的质量或者清洗饱和工艺有关系。水 平的最佳优势就是气体在硅片表面的分布，而齿与齿之间也是有间 距的。 26、低压状态下分子自由程大，如何避免水平放片下层流状态扩散 不充分的情况？ 回复：低压状态下分子自由程大有利于气体分布均匀，对于水平放 片对于气流无阻挡所以压力需求不会要求很低，对于泵的要求也没 有竖直及菱形插片高。 27、水平放片自动化设备配套情况？ 回复：市面上的主流自动化厂家都能配置。 28、能否采用BBr3来代替BCl3，是否具备原位清洗功能？ 回复：对于我们来说BCl3使用效果比BBR3效果好所以不会考虑替 换，原位清洗功能可根据客户需求增加。 29、硼扩散方阻范围和方阻均匀性？ 回复：100~120ohm/squ可以做到4%/4%/3%。 17/8 30、石英件是否有做特殊涂层？使用寿命如何？ 回复：有做，目前使用效果良好。 31、请问如果保证TOPCon钝化的均匀性问题？这个均匀性直接以 何种方式表现在电池的电性能参数上？开压和电流的收敛性如何保 证？电池串的明暗片如果控制？ 回复：钝化均匀性只要钝化工序的均匀性做好即可，主要体现电性 参数开压和FF上； 开压和电流的收敛性只要制程管控好就能保证，电池明暗片可以参 考PERC/HIT。 18/