湖南红太阳 - 应用于接触钝化太阳电池的不同沉积体系的PECVD-POLY技术探讨.pdf

2023 年 4 月 17 日 应用于接触钝化太阳电池的不同沉积体系的 PECVD-POLY技术探讨 湖南红太阳光电科技有限公司 报告人：赵增超 国家光伏装备工程技术研究中心 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 2 目 录 01 TOPCon发展现状 02 不同 PECVD类型及其技术特征 03 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 01 TOPCon发展现状 3 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 一、 TOPCon发展现状 1-1 电池技术发展 4 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 一、 TOPCon发展现状 1-2 TOPCon产业化 5 技术路线 已完成有产能 占比 建设中产能 占比 2023可投标产能 占比 2023-24规划总产能 占比 总体规划 占比 PVD 8.1 10% 0 0% 9.5 4% 17.6 4% 25.7 4% LP 50.35 62% 58 43% 59 22% 167.35 35% 275.7 40% PE-POLY 21.1 26% 73 54% 172.95 66% 267.05 56% 361.15 52% 其它 (未确认 ) 1.63 2% 5 4% 22 8% 28.63 6% 35.26 5% 合计（ GW） 81.18 136 263.45 480.63 697.81 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 02 不同 PECVD类型及其技术特征 6 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 射频 PECVD（ 13.56MHz） CCP放电耦合模式；平板型电极结构 沉积薄膜种类： a-Si:H、 SiOx、 SiNx、 AlOx等 管式低频 PECVD（ 40KHz） CCP放电耦合模式；阵列式平行交叉电极结构； 沉积薄膜种类： a-Si:H、 SiOx、 SiNx、 AlOx等 微波 PECVD（ 2.45GHz） 微波与电磁场 耦合模式；无电极结构； 沉积薄膜种类： SiOx、 SiNx、 AlOx 等 二、 不同 PECVD类型及其技术特征 PECVD设备的分类 7 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. ➢ 离子密度大 ， SiH激发态强，生长速率快； ➢ H激发态密度低， H刻蚀作用弱，薄膜中 H含量偏高； ➢ 高温 H逃逸，易造成薄膜脱落、孔洞等现象； ➢ 金属腔体，高温易形变与金属污染。 ➢ 离子密度较射频低 1-2个数量级 ， SiH激发态弱，生长速率低； ➢ H激发态浓度大， H刻蚀作用强，薄膜中 H含量偏低 ； ➢ 高温过程， H逃逸造成的爆膜、脱落现象 较少 ； ➢ 抑制爆膜工艺窗口大。 射频 PECVD — HJT电池 低频 PECVD — TOPCon电池 二、 不同 PECVD类型及其技术特点 不同类型 PECVD设备沉积非晶硅的等离子体特性 射频 PECVD沉积非晶硅的发射光谱 低频管式 PECVD沉积非晶硅的发射光谱 8 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 03 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 9 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. H2 体系 特气种类： SiH4、 H2、 PH3(H2) 放电电源参数：输出电压 600+ v 输出电流 20+ A Ar 体系 特气种类： SiH4、 H2、 PH3(H2/Ar) 放电电源参数：输出电压 400+ v 输出电流 30+ A 管式低频 PECVD的 非晶硅沉积体系 击穿电压只与气压、电极间距的乘积有关 三、 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 低频 PECVD的沉积体系分类与特点 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. ✓ Ar存在亚稳态能级，利用潘宁电离机制可实现较低的击穿电压； ✓ Ar体系的有效掺杂较难控制 ； ✓ Ar体系沉积所需的工作气压较低， H2体系为了维持放电需要增 大气体密度，气压较高； ✓ Ar的引入会提升 H原子的激发态强度，将对弱的 Si-Si或 Si-H键 有更强的刻蚀作用，有利于膜层的气泡抑制； ✓ H2体系沉积粉尘偏多，且在尾气处理端易形成粘稠物或版块， 容易造成阻塞， 维护周期更短 ； ✓ 两种沉积体系的特气耗量有所差异 特气耗量比例系数 N20 SiH4 Ar/H2 PH3 Ar体系 1.42 0.76 0.58 1.08 H2体系 1.00 1.00 1.00 1.00 H2与 Ar沉积体系的发射光谱 三、 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 H2与 Ar沉积体系的技术特征分析 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. ➢ Ar体系中磷烷量和掺杂并非单调关系 （ 3）式生成物以 P 为主，以 P-Si 键取代 Si-H 键，此时若 P 原子 周围的三个硅和其他硅原子之间再形成 Si 键，将在 Si晶粒中生成一 个替位式 P 原子，将有 可能被激活，形成有效掺杂 。 （ 2）式以 PH 为一级产物，这时 PH 也会有较大概率与 SiH 作用 ‚形 成 Si-P-H 键， Si-H 键易于受到轰击而断裂从而重新构成 Si-P-H 键 合， 可能形成有效掺杂 。 （ 1）式， 即 PH2 是一级产物，由于 PH2 脱氢较困难且易以配位键 形成络合物，此时 难以形成 P 的有效掺杂 ，其反应式如下： 三、 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 Ar体系的有效掺杂难点 ➢ 解决方案：优化电源参数降低放电强度，降低电子温度 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 13 在真空腔体里，通过高频激发在一定的压力情况下起辉产生高能量的无序的等离子体，通过等离子体轰击石墨舟表面，与石 墨舟表面的氮化硅、氧化硅、非晶硅等发生反应，产生氟化硅、氟化磷、氮气、氧气等气体，达到清洗石墨舟表面的目的 三、 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 非晶硅石墨舟的清洗方案 — 等离子体干法刻蚀 湖南红太阳光电科技有限公司 HUNAN RED SOLAR PHOTOELECTRICITY SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD. 序号 指标项 参数 1 清洗膜层种类 氮化硅 、 氧化硅、 非晶硅 2 设备管数 4管 /5管 3 石墨舟最大尺寸 500mm（宽）× 2800mm（长）， 双舟 按 poly舟设计出厂 4 单台设备理论产能 31.5舟 /天（正常工艺 56次舟） 5 单次平均工艺时间 ≤180分钟 6 电源类型 13.56MHz定制化设计 ，适用于氮化硅石墨舟、非晶硅 石墨舟以及石英舟等的清洗 三、 H2与 Ar沉积体系的表征与分析 非晶硅石墨舟的清洗方案 — 等离子体干法刻蚀 忠于使命 勇于创新 善于协同 成于务实 谢谢聆听！