HAC电池用双面连续镀膜热丝CVD量产技术研发进展

HAC电池用双面连续镀膜热丝 CVD 量产技术研发进展 周浪 黄海宾 曾庆国 光伏研究院（ IPV） 江西省非晶硅 /晶体硅异质结太阳电池辅材与产线装备国产化重点创新中心 钱峰 姚飞 东莞帕萨电子装备有限公司 2020-11-06 无锡 ➢ 热丝 CVD原理简介 ➢ 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 ➢ 生产型设备方案 热丝 CVD原理简介 ➢热丝 CVD（ Hot-wire CVD，简称 HWCVD） ✓热丝： ~1800℃ ✓ 气体分子碰撞到热丝被分解； ✓ 气化挥发 ✓低温衬底： ~200℃ ✓ 沉积到衬底上，成膜。 ✓冷壁： ~室温。 ✓ 基团碰撞，成膜 热丝 CVD原理简介 PECVD： ✓载板为阳极，参与等离子体放电； ✓等离子体浸没，绕镀严重 ✓有等离子体轰击 热丝 CVD： ✓载板无电位，不参与气体的分解。 ✓生成基团辐射状发散，绕镀可忽略 ✓镀膜柔和，无等离子体轰击 ➢ HWCVD Vs. PECVD HW-CVD PE-CVD 膜层氢含量 高 低 等离子轰击 无 有 镀膜速度 快 慢 绕镀 不明显 严重 气体用量 少 多 均匀性 略差 好 耗材更换 热丝要定期更换 腔体要清洗 热丝 CVD原理简介 研发硬件： ➢ 场地：南昌高新区佳海 6栋（ 2100平米）、南昌大学材料楼（ ~1000平 米）。其中净化实验室 1100平米。 ➢ 研发设备： ✓ 工艺设备： 连续热丝 CVD-PVD设备、丝印机、 PECVD等， 1300余万元； ✓ 检测设备： IV测试仪、 QE测试仪、 PL、 SEM等， 1000余万元。 ✓ 验证电站： 42KW光氢储充系统（异质结）、 500KW单多晶电站、 5KW异 质结屋顶电站、 24KW薄膜电站等，共计约 900万元。 南昌大学光伏研究院 -太阳电池研究所 多腔体热丝 CVD-PVD （立式） In-line热丝、线性离子源、 溅射（卧式） PECVD （卧式） 真空高温炉 南昌大学光伏研究院 热丝 CVD技术研发历程 2006-2010：热丝 CVD原理与工艺研发 2010-2016：热丝 CVD装备原型机研制 2017-2020：量产机型（中试）研制 2020-：量产机定型、制造 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 NCU1 NCU2 Re fer ence Li feti me/ us S amp l e ✓ 实现了热丝的国产 ; 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 ◆ 热丝耗材的研发与新工艺导入 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 ➢ a-SiOx:H 制备过程中的热丝氧化问题可通过工艺参数的 调节解决 ➢ a-SiOx:H 制备过程中的热丝氧化问题可通过工艺参数的 调节解决 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 原始表面 氧化损坏 抑制氧化 Yuping He, 等 . Materials Science in Semiconductor Processing. 2017, 61:1-4 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 ◆ 热丝 CVD-PVD连续镀膜设备简介 预热腔 I腔 N腔 转换腔 I腔 P腔 转换腔 PVD腔 Unload ✓ 可实现 INIP四层非晶硅薄膜、两层 TCO薄膜的不破真空情况下连续沉积 ✓ 双载板，一次 8片 ✓ 光伏研究院与苏州帕萨电子装备公司合作研制 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 ◆ 破真空对产品性能的影响 ---IN面与 IP面非晶硅镀膜之间破真空 ✓ 不破真空： IN、 IP连续镀膜 ✓ 破真空： IN镀膜后退出真空腔体外停留 40min，再镀 IP。 ✓ 两面非晶硅不破真空连续镀效果显著！ 少子寿命 (μs) i-Voc(mV) 不破真空 (不同工艺 3次） 5200/1800/3109 742/730/726 破真空 (对应工艺 3次） 138/124/1723 654/651/713 双面连续镀膜热丝 CVD研究情况 ◆ 破真空对产品性能的影响 ---CVD镀膜与 PVD镀膜之间破真空 ✓ 不破真空： INIP非晶硅膜 +两面 ITO连续镀膜 ✓ 破真空： INIP镀膜后退出真空腔体外停留 40min；再镀两面 ITO ✓ INIP非晶硅 +两面 ITO不破真空连续镀效果显著！ 少子寿命 (μs) i-Voc(mV) 不破真空 1694 715 破真空 858 703 热丝 CVD-PVD连续镀膜研究进展 ◆ 镀膜后载板处理 少子寿命 (μs) 载板处理前 载板处理后 只做 INIP四层膜情况 316 1035 做 CVD+PVD 164 1694 ✓载板处理效果显著 ✓已确定适合生产的载板处理方案 ✓ 独创的 INIP四层非晶硅薄膜在一台装备上不破真空情况下连续 生产 （ 专利已授权 ） ✓减少了破真空所造成的界面污染； ✓减少了一套自动化 ， 减少了设备复杂程度和成本； ✓减少了一次硅片的升降温过程：节省了能源 ✓ 模块式载板结构 （ 专利已申请 ） ： ✓减少了碎片率； ✓减少了载板变形损坏； ✓减少用户备件库存和更换成本 。 生产型设备方案 生产型设备方案 ➢ 产能大 ：每小时 4800-8000片（一次 2载板，每板 120片，节 拍 100-180S） ➢ 运行性能稳定、维护难度低： ✓ 立式结构 ：可有效避免镀膜产生的粉尘颗粒污染表面，提高连续生产 太阳电池填充因子和良品率； ✓ 自动化与载板协调同步设计 。减少设备宕机，减少设备维护难度和备 件库存；减少设备备件维修成本。 ➢ 镀膜质量好。 HWCVD相比于 PECVD原理上的优点。 欢迎各位专家、朋友们莅临本院交流指导。 诚邀加盟南昌大学光伏研究院 : 工程师、研究员、博士后，等！ 联系人： ➢ 黄海宾（ 13576906107） 周 浪（ 13065163492）