本篇報(bào)告認(rèn)為設(shè)備是解決 HJT 效率提升和成本下降兩大產(chǎn)業(yè)化難題的關(guān)鍵點(diǎn)之一，結(jié)合 HJT 電池的制造特點(diǎn)，通過梳理主流廠商 PECVD 和 PVD 設(shè)備的工藝技術(shù)路線、設(shè)計(jì)理念和發(fā)展現(xiàn)狀，探究了 HJT 設(shè)備產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展?jié)摿Γ?認(rèn)為通過多角度挖潛，PECVD 和 PVD 設(shè)備降本提效仍具挖潛空間，看好國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商與下游電池廠商共同推進(jìn) HJT 產(chǎn)業(yè)化到來。
HJT 設(shè)備產(chǎn)業(yè)化：量產(chǎn)穩(wěn)定性與成本競(jìng)爭(zhēng)力的有效平衡
我們認(rèn)為，HJT 設(shè)備需兼顧量產(chǎn)穩(wěn)定性和成本競(jìng)爭(zhēng)力方能實(shí)現(xiàn)真正意義上的產(chǎn) 業(yè)化，這意味著在設(shè)備和工藝的磨合聯(lián)動(dòng)下，設(shè)備端在不增加或僅增加少量硬 件成本的情況下實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能的提升，且電池端可連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)和制 造平均量產(chǎn)效率高出 PERC 1.5%左右的 HJT 電池。
PECVD：降本增效為系統(tǒng)工程，存在難度但潛力可期
從市場(chǎng)主流 HJT PECVD 供應(yīng)商供應(yīng)的 PECVD 特點(diǎn)看，設(shè)備廠商在設(shè)計(jì)理念 上各具特色，但體現(xiàn)出在提升鍍膜質(zhì)量和優(yōu)化設(shè)備產(chǎn)能方面的持續(xù)追求。我們 認(rèn)為，通過多角度挖潛，PECVD 產(chǎn)能、效率、穩(wěn)定性等仍具向上提升空間， 提效降本潛力可期。
PVD：國(guó)產(chǎn)化降本空間相對(duì)有限，靶材優(yōu)化料助力提效
PVD 整體工藝較為成熟，難度低于 PECVD，各家設(shè)備廠商在技術(shù)端差異不大， 單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能已實(shí)現(xiàn)較高水平，且基本已處于半國(guó)產(chǎn)化狀態(tài)，國(guó)產(chǎn)化降本空間 相對(duì)有限。產(chǎn)能提升并非 PVD 設(shè)備向上優(yōu)化的瓶頸，努力方向在于改善 TCO 薄膜透光性、均勻性、傳導(dǎo)性等指標(biāo)進(jìn)而提升電池轉(zhuǎn)換效率，未來靶材的創(chuàng)新 優(yōu)化或助力進(jìn)一步突破效率瓶頸。
設(shè)備是 HJT 產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸之一，其中 PECVD 和 PVD 價(jià)值量占比最高，技術(shù)難度最大，是提升 HJT 電池效率 和降本的核心環(huán)節(jié)。本篇報(bào)告將從當(dāng)前 PECVD 和 PVD 設(shè)備的主流技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，探究 HJT 設(shè)備未 來產(chǎn)業(yè)化潛力。
一、HJT 設(shè)備產(chǎn)業(yè)化：量產(chǎn)穩(wěn)定性與成本競(jìng)爭(zhēng)力的有效平衡
PERC 效率挖潛或接近極限，降本需求驅(qū)動(dòng)電池片向高效率技術(shù)迭代：2014~2019 年 PERC 量產(chǎn)效率從 20.1%提升至 22.5%，保持著每年 0.5%的效率提升速度。目前，通過技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化，PERC/PERC+的量產(chǎn)效率已突破 23%，或 可進(jìn)一步向 23.5%靠近，但效率挖潛空間正逐步接近極限。光伏需求大規(guī)模釋放關(guān)鍵在于相比傳統(tǒng)能源可體現(xiàn)更好 的經(jīng)濟(jì)性，因此光伏產(chǎn)業(yè)具備持續(xù)降本需求，高效率低成本技術(shù)路線或?yàn)榻K極答案。
HJT 為平臺(tái)型技術(shù)，提效潛力巨大，有望成為下一代主流技術(shù)：HJT 電池本征非晶硅層將 N 型襯底與兩側(cè)的摻雜非 晶硅層完全隔開，實(shí)現(xiàn)了晶硅/非晶硅界面態(tài)的有效鈍化，帶來了相比 PERC 更高的開路電壓，從而實(shí)現(xiàn)了更高的理 論轉(zhuǎn)換效率。HJT 最高研發(fā)效率達(dá)到 26.63%，由日本 Kaneka 創(chuàng)造，未來HJT 技術(shù)為平臺(tái)增加疊層技術(shù)有望突破 30%的效率水平?，F(xiàn)有異質(zhì)結(jié)中試線平均量產(chǎn)效率已普遍接近 24%或達(dá)到 24%以上。此外，HJT 雙面率高、弱光性 能好、光照穩(wěn)定性高、溫度系數(shù)低、無 PID 現(xiàn)象，具有一定的發(fā)電增益，從 LCOE 角度出發(fā)，HJT 相比 PERC 可以 溢價(jià) 20%，從效率角度出發(fā)，HJT 效率高出 PERC 1.5%以上則可體現(xiàn)出性價(jià)比優(yōu)勢(shì)
HJT 工藝步驟簡(jiǎn)單但十分敏感，要求更加嚴(yán)苛：HJT 生產(chǎn)步驟僅包括制絨清洗、PECVD、PVD/RPD、絲網(wǎng)印刷和 光注入退火五個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)設(shè)備分別為制絨清洗設(shè)備、PECVD 設(shè)備、PVD/RPD 設(shè)備、絲網(wǎng)印刷設(shè)備和光固化爐。HJT 特殊的晶硅/非晶硅界面態(tài)鈍化結(jié)構(gòu)對(duì)工藝、設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境、操作水平、材料配套等提出了更加嚴(yán)苛的要求， HJT 盡管工藝步驟簡(jiǎn)單，但敏感度高，薄膜厚度、壓力、真空度、潔凈度、流量氣體的通過、沉積速率、零部件的 放置位置等各種因素的細(xì)微差異均會(huì)對(duì)鍍膜質(zhì)量產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響電池效率。
設(shè)備為 HJT 突破產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵一環(huán)：當(dāng)前 HJT 產(chǎn)業(yè)化面臨兩大難題，一是轉(zhuǎn)換效率尚未較 PERC 取得 1.5%的效率 差優(yōu)勢(shì)，二是量產(chǎn)成本相比 PERC 仍然較高。在 HJT 提效降本的過程中，設(shè)備具有不可忽視的關(guān)鍵作用，尤其是價(jià) 值量占比最高、技術(shù)難度相對(duì)較大的瓶頸設(shè)備 PECVD 和 PVD。一方面，設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)指標(biāo)的優(yōu)化，能 夠提升 HJT 電池轉(zhuǎn)換效率和量產(chǎn)穩(wěn)定性;另一方面，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能的增加和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，可降低初始投資成本和 HJT 電池綜合成本，進(jìn)而提升 HJT 電池量產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。
而 HJT 設(shè)備產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在于有效平衡量產(chǎn)穩(wěn)定性與成本競(jìng)爭(zhēng)力：我們認(rèn)為，HJT 設(shè)備需兼顧量產(chǎn)穩(wěn)定性和成本競(jìng) 爭(zhēng)力方能實(shí)現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)業(yè)化，這意味著在設(shè)備和工藝的磨合聯(lián)動(dòng)下，設(shè)備端在不增加或者僅少量增加硬件成 本的情況下實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能的提升，且電池端可連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)和制造平均量產(chǎn)效率高出 PERC 1.5%左右的 HJT 電池。
HJT 已實(shí)現(xiàn)整線國(guó)產(chǎn)化，后續(xù)降本推力主要在國(guó)產(chǎn)設(shè)備性能優(yōu)化和進(jìn)口零部件國(guó)產(chǎn)化：不同于 PERC 技術(shù)發(fā)展早期， 當(dāng)前國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商在 HJT 的設(shè)備開發(fā)及驗(yàn)證進(jìn)度方面并不弱，尤其在瓶頸設(shè)備 PECVD 環(huán)節(jié)也已實(shí)現(xiàn)較大突破，前 瞻性的研發(fā)布局使得國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商已具備一定的實(shí)力與下游電池廠商開展合作，共同推進(jìn)技術(shù)迭代。目前 HJT 各環(huán) 節(jié)均有國(guó)產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的先期導(dǎo)入縮短了 HJT 設(shè)備維持高價(jià)的時(shí)間窗口，帶動(dòng)了 HJT 初始投資成本的快 速下降。全進(jìn)口設(shè)備單 GW 投資金額約為 8~10 億元，而全國(guó)產(chǎn)設(shè)備單 GW 投資金額約為 5~6 億元，短期有望進(jìn)一 步降至 5 億元以下。預(yù)計(jì)未來設(shè)備進(jìn)一步降本空間主要在設(shè)備性能提升和進(jìn)口零部件國(guó)產(chǎn)化。
二、PECVD：降本提效為系統(tǒng)工程，存在難度但潛力可期
(一)技術(shù)路線優(yōu)勢(shì)各異，降本提效“殊途同歸”
等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)指借助微波或射頻波使腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體分子電離，形成的高化學(xué)活性等離 子體在基片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積成膜。PECVD 在傳統(tǒng)晶硅電池中主要用于鈍化層和減反層薄膜的沉積，薄膜厚 度均大于 100 nm;HJT 技術(shù)采用 PECVD 在硅片正反面先后沉積兩層非晶硅薄膜用作鈍化層，鈍化層的厚度需控制 在 5~10 nm，其質(zhì)量的好壞將直接影響電池片的輸出效率，對(duì)薄膜的均勻性、致密度、容錯(cuò)率要求非常嚴(yán)苛，設(shè)備 技術(shù)難度大，壁壘高。
PECVD根據(jù)等離子發(fā)射源的運(yùn)作情況，可分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)PECVD;根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)，可分為鏈?zhǔn)?、團(tuán)簇式和U型PECVD;根據(jù)射頻頻率的不同，又可分為 RF-PECVD 和 VHF-PECVD。
1、靜態(tài)鍍膜運(yùn)行穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)路線產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)突出
靜態(tài)鍍膜工藝運(yùn)行時(shí)，固定硅片的載板在成膜期間靜止不動(dòng)，射頻電源需進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，等離子體不斷開啟和關(guān)閉， 導(dǎo)致節(jié)拍時(shí)間被迫增加，超過實(shí)際鍍膜時(shí)間。動(dòng)態(tài)鍍膜方式下，等離子體在腔室內(nèi)不間斷產(chǎn)生，放置硅片的載板按 照設(shè)定的速度移動(dòng)，成膜厚度由載板在腔室內(nèi)的移動(dòng)時(shí)間決定，所用節(jié)拍時(shí)間大幅縮短，提高了真空系統(tǒng)使用效率， 產(chǎn)能更高，設(shè)備成本相對(duì)更低。
但由于非晶硅薄膜沉積過程對(duì)各種環(huán)境因素的變化具有高度敏感性，動(dòng)態(tài)鍍膜工藝中硅片處于移動(dòng)狀態(tài)，會(huì)在腔室 內(nèi)引入氣流紊亂，嚴(yán)重影響薄膜質(zhì)量，因此，大多數(shù)公司采用了靜態(tài)鍍膜工藝，邁為結(jié)合動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種鍍膜工藝 的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了準(zhǔn)動(dòng)態(tài)鍍膜方式，有效提升了腔體使用效率。
2、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，團(tuán)簇式自動(dòng)化配套難度大
為避免交叉污染，大多數(shù)廠商的鏈?zhǔn)?in-line)設(shè)備配有多個(gè)腔室，單一腔室內(nèi)僅進(jìn)行單一類型薄膜的沉積，各沉積 腔室呈鏈狀直線排開，硅片出口和入口位于設(shè)備兩端，屬于順序、串行式的結(jié)構(gòu)，占地面積較大。目前多數(shù)公司采 用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，一些公司還基于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。
梅耶博格采用盒中盒式的結(jié)構(gòu)，小的沉積腔室位于大的真空腔室中，反應(yīng)氣體只通入里層小腔室，外層大腔室 內(nèi)不進(jìn)行薄膜沉積工藝，并通以氮?dú)膺M(jìn)行惰性保護(hù)，這種結(jié)構(gòu)可便于腔室清潔，并減少設(shè)備的維修次數(shù)，此外， 梅耶伯格的 S-Cube 結(jié)構(gòu)配有在線清洗功能，可使用 NF3 在等離子輝光條件下在線清洗腔室。
理想萬里暉的套盒結(jié)構(gòu)利用其獨(dú)家的抽屜式反應(yīng)腔工藝，將單一的反應(yīng)腔室分割成多個(gè)子腔室，并同時(shí)運(yùn)行工 藝，可使產(chǎn)能翻倍提升，目前公司的雙腔室疊層設(shè)備已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
團(tuán)簇式(cluster)設(shè)備以中央傳輸室為中心，各沉積腔與相應(yīng)的進(jìn)出通道圍繞在其周圍，屬于并列、并行式的結(jié)構(gòu)， 各腔室相互獨(dú)立、互不干擾，不同腔室同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，可同時(shí)處理較多硅片，產(chǎn)能較大。團(tuán)簇式 PECVD 需要采用 機(jī)械手或磁臂在中央傳輸室和各沉積腔室間進(jìn)行基片傳送，傳輸過程易造成碎片，對(duì)機(jī)械手的傳輸效率及穩(wěn)定性具 有較高的要求，且由于托盤進(jìn)入各腔室每次都要通過傳輸腔的中轉(zhuǎn)，增加了機(jī)械手的工作負(fù)擔(dān)，減少了機(jī)械手的使 用壽命?？傮w來說，團(tuán)簇式 PECVD 可通過增加周圍沉積腔室的數(shù)量來增加硅片的并行處理量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能提升;但 傳送系統(tǒng)較為復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)化配套設(shè)備的要求較高，目前應(yīng)用材料、INDEOtec 采用了這種布局方式。
除鏈?zhǔn)胶蛨F(tuán)簇式結(jié)構(gòu)外，理想萬里暉設(shè)計(jì)了進(jìn)片腔、反應(yīng)腔、傳輸腔、反應(yīng)腔、出片腔共同構(gòu)成的 U 型結(jié)構(gòu)，可有 效利用客戶生產(chǎn)場(chǎng)地面積，同時(shí)便于后期自動(dòng)化設(shè)備的匹配，可減少機(jī)械手傳輸次數(shù)，節(jié)省腔體空間，從而降低生 產(chǎn)成本。
3、RF 鍍膜均勻性好，VHF 高沉積速率提升產(chǎn)能
氣體分子在外加射頻場(chǎng)下被電離成對(duì)應(yīng)的等離子體，按照射頻施加頻率的不同，可分為 RF-PECVD 和 VHF-PECVD 兩種，其中 RF-PECVD 的頻率一般為 13.56MHz，VHF-PECVD 的頻率一般在 30-300MHz 之間。由于射頻頻率與電 子和氣體分子的碰撞幾率成正相關(guān)關(guān)系，一定范圍內(nèi)升高射頻頻率，反應(yīng)氣體的分解速率將加快，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大 量反應(yīng)活性基團(tuán)，可提升薄膜的沉積速率;另一方面，高頻場(chǎng)下腔室內(nèi)的電子濃度增加、反應(yīng)溫度和直流自偏壓降 低，能夠減小等離子體的離化程度以及轟擊效應(yīng)，且有利于生成更多的反應(yīng)前驅(qū)物，保證了薄膜優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)，薄膜缺更少、致密性更佳、電導(dǎo)率更高。
但是高頻場(chǎng)極易導(dǎo)致更多非均勻源的出現(xiàn)，從而引發(fā)駐波、奇點(diǎn)等效應(yīng)，膜面容易脫落或出現(xiàn)條紋，使得薄膜的均 勻性變差;此外，由于甚高頻下薄膜的沉積速率會(huì)大大增加，不利于沉積過程中對(duì)薄膜厚度的精準(zhǔn)控制，同時(shí)薄膜 厚度的增加也會(huì)導(dǎo)致透光率的降低。
(二)聚焦薄膜質(zhì)量+生產(chǎn)效率，設(shè)備廠商多角度挖潛
PECVD 提效降本是一個(gè)系統(tǒng)工程：PECVD 是 HJT 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心瓶頸之一，未來主要優(yōu)化方向?yàn)楸ＷC鍍膜質(zhì) 量的同時(shí)放大設(shè)備產(chǎn)能，且硬件成本的增加幅度需盡可能小于產(chǎn)能提升幅度，從而達(dá)到降本目標(biāo)。從市場(chǎng)主流 HJT PECVD 供應(yīng)商供應(yīng)的 PECVD 特點(diǎn)看，設(shè)備廠商在設(shè)計(jì)理念上各具特色，但均體現(xiàn)出在提升鍍膜質(zhì)量和優(yōu)化設(shè)備產(chǎn) 能方面的持續(xù)追求。值得注意的是，各家廠商在等離子體反應(yīng)器、射頻系統(tǒng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)均有自身獨(dú)特之處， 同時(shí)在預(yù)熱、清洗、傳動(dòng)方式等可能影響設(shè)備性能的因素上同樣在持續(xù)挖潛，推動(dòng)設(shè)備不斷迭代。我們認(rèn)為，在工 藝設(shè)計(jì)和工程環(huán)節(jié)多角度挖潛的推動(dòng)下，PECVD 性能仍具向上提升空間，提效降本潛力可期。
鍍膜質(zhì)量方面：薄膜質(zhì)量直接決定了 HJT 電池的轉(zhuǎn)換效率和良率，改進(jìn)核心在于圍繞等離子體對(duì)腔體、傳輸結(jié) 構(gòu)、射頻系統(tǒng)等進(jìn)行匹配，保證薄膜的均勻性、致密性、厚度、透光率等多個(gè)指標(biāo)達(dá)到較高水平。此外，HJT 存在效率分布較寬的問題，批次間穩(wěn)定性面臨一定挑戰(zhàn)，對(duì)反應(yīng)腔設(shè)計(jì)和清洗提出了更高的要求。
設(shè)備產(chǎn)能方面：做大腔室和做多腔室是目前提升 PECVD 設(shè)備產(chǎn)能的兩大主要方向，但做大腔室易帶來鍍膜不 均勻問題，做多腔室路線下設(shè)備成本下降空間則較為有限。此外，在腔室數(shù)量/大小一定的情況下，PECVD 的 工藝設(shè)計(jì)也會(huì)決定設(shè)備的產(chǎn)能提升潛力，諸如傳輸結(jié)構(gòu)、腔體設(shè)計(jì)、射頻系統(tǒng)、相位調(diào)制技術(shù)、傳動(dòng)方式、硅 片裝載數(shù)量、清洗方式、預(yù)熱方式等方面的微小改進(jìn)都有可能帶來工藝節(jié)拍的縮短、uptime 的提高、良率的提升，進(jìn)而提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。
國(guó)產(chǎn)化方面：近年來，國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商 PECVD 的開發(fā)、驗(yàn)證已取得積極進(jìn)展，未來通過與電池廠商增進(jìn)合作， 有望加深對(duì) HJT 技術(shù)的理解，積累更加豐富的 know-how 經(jīng)驗(yàn)，國(guó)產(chǎn) PECVD 有望展現(xiàn)更大優(yōu)勢(shì)。
1、Meyer Burger：創(chuàng)新等離子體反應(yīng)器設(shè)計(jì)，鈍化效果出眾
盒中盒式 S-Cube 等離子體反應(yīng)器，鈍化效果優(yōu)：梅耶伯格是老牌光伏設(shè)備供應(yīng)商，持續(xù)多年的研發(fā)投入和技術(shù)跟 進(jìn)使其在 PECVD 領(lǐng)域保持著較強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)先性。梅耶伯格針對(duì) HJT 開發(fā)了 HELi****VD 型號(hào) PECVD 設(shè)備，采用盒 中盒式 S-Cube 離子體平行板反應(yīng)器，利用 13.56MHz 射頻源最小化等離子體在沉積過程中對(duì)薄膜造成的損傷，以獲 得較高的鈍化質(zhì)量。硅片少數(shù)載流子的壽命決定了鈍化質(zhì)量，梅耶伯格的 PECVD 設(shè)備沉積后可實(shí)現(xiàn)區(qū)熔單晶硅(FZ)少子壽命超過 10ms，直拉硅片(CZ)少子壽命超過 4ms，制造出的電池片溫度系數(shù)最優(yōu)可達(dá)-0.25%/K。
腔室獨(dú)立+在線清洗功能降低污染水平及運(yùn)營(yíng)成本：本征、N 型、P 型非晶硅薄膜沉積分別在獨(dú)立腔室內(nèi)完成，載片 在腔室間的傳輸均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)極低的污染水平。沉積腔室配有在線清洗功能，外部大腔室不直接接 觸反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了腔室清潔的復(fù)雜程度和設(shè)備的維護(hù)頻率，降低了設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本。
在線加熱功能縮短 cycle time，提升設(shè)備產(chǎn)能：HELi****VD 的基片傳輸盤具備在線加熱功能，可保證基片始終處于 工作溫度，大大節(jié)省了薄膜沉積前的基片加熱時(shí)間，一個(gè)托盤的硅片在非晶硅沉積步驟完成的周期時(shí)間(cycle time) 僅為 84s。托盤可裝載 56 片 6 寸硅片，設(shè)備 uptime 為 90%，每小時(shí)設(shè)備生產(chǎn)量為 2400 片，對(duì)應(yīng)產(chǎn)能 110MW。
今年 6 月，梅耶伯格發(fā)布公告，擬募資 1.65 億瑞士法郎以在 2021 年啟動(dòng) HJT 電池和組件項(xiàng)目，初期產(chǎn)能 400MW， 聚焦歐洲和美國(guó)住宅市場(chǎng)，正式轉(zhuǎn)型電池組件供應(yīng)商，未來不再對(duì)外出售 HJT 和 SWCT 生產(chǎn)設(shè)備。
2、INDEOtec：專有反應(yīng)器設(shè)計(jì)和獨(dú)特電極布置實(shí)現(xiàn)雙面沉積
Mirror 技術(shù)縮短工藝周期，ACCT 保證成膜質(zhì)量：INDEOtec 成立于 2007 年，是一家專注于薄膜太陽能電池 PECVD 工藝設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的瑞士設(shè)備生產(chǎn)商。公司已開發(fā)出專用于 HJT 非晶硅薄膜沉積的 OCTOPUS 系列設(shè)備， 采用 Mirror 核心技術(shù)，可在無需破壞真空且無需翻轉(zhuǎn)基板情況下完成基板雙面的沉積，可降低工藝周期，提升產(chǎn)能。此外，公司還采用 ACCT(抗交叉污染處理)特殊技術(shù)，避免前一沉積過程中殘留在腔壁或電極上的反應(yīng)物污染下 一沉積過程，保障了多層薄膜的沉積質(zhì)量。目前應(yīng)用該設(shè)備的 6 英寸的直拉硅片(CZ)上少子壽命可達(dá) 5ms，4 英寸的 區(qū)熔硅片(FZ)上少子壽命達(dá) 10ms。
增加第三電極提升薄膜均勻性：為提高等離子體轉(zhuǎn)向能力，公司還在設(shè)備原有的 IRTF(集成射頻電極)等離子技術(shù) 基礎(chǔ)上增加第三個(gè)電極，減少等離子體對(duì)基片表面的轟擊，有效提升薄膜沉積均勻性和鈍化效果。
在 OCTOPUS 系列中，OCTOPUS II 為 R&D 設(shè)備，用于研發(fā)和試生產(chǎn)線，使用并行和順序處理模式;OCTOPUS III 量產(chǎn)平臺(tái)擁有八面系統(tǒng)，主通道擁有 4 個(gè)腔室，用于裝載、傳輸、基片的加熱和冷卻，周圍配有 4 個(gè)沉積腔室，用 于基片的雙面沉積，載板單次可裝載 36 片硅片，生產(chǎn)時(shí)工藝腔可放置 3 個(gè)載板(共 108 個(gè)硅片)，實(shí)現(xiàn)模塊共享， 節(jié)約硬件使用頻率，該設(shè)備每小時(shí)可生產(chǎn)電池片 3000 片以上，產(chǎn)能約 140MW。
3、Applied Materials：顯示技術(shù)遷移至 HJT，針對(duì)性開發(fā)力度略顯不足
應(yīng)用材料是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備制造商，為全球半導(dǎo)體、平板顯示器、太陽能光伏發(fā)電及相關(guān)行業(yè)提供制造設(shè)備、 服務(wù)以及軟件產(chǎn)品，其最早推出的 AKT 系列 PECVD 設(shè)備，應(yīng)用于 TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)領(lǐng)域，可在 面積 1.6 到 5.7 平方米的玻璃基板上沉積高度均勻的低溫多晶硅薄膜。后期，應(yīng)用材料將 AKT 系列設(shè)備改進(jìn)應(yīng)用于 太陽能電池制造領(lǐng)域，開發(fā)出 PECVD 5.7 系統(tǒng)，PECVD 5.7 系統(tǒng)基板面積最大可達(dá) 5.7m2，薄膜沉積速率超過 500 /min，擁有 7 個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)腔室圍繞在中央傳輸腔室周圍，各沉積反應(yīng)腔獨(dú)立并行運(yùn)行，具有較大的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)。用材料將 PECVD 5.7 系統(tǒng)遷移至 HJT 電池非晶硅薄膜的制備環(huán)節(jié)，但并未針對(duì) HJT 技術(shù)做特殊的開發(fā)。
4、理想萬里暉：頻率自適應(yīng)技術(shù)提高鍍膜質(zhì)量，套盒結(jié)構(gòu)助力產(chǎn)能升級(jí)
上海理想萬里暉薄膜設(shè)備有限公司于 2012 年 4 月從母公司理想能源 PECVD 事業(yè)部分拆，于 2013 年 5 月完成注冊(cè)， 2019 年 10 月完成 A 輪融資。理想萬里暉專注高端 PECVD 設(shè)備的研發(fā)，2017 年第一代年產(chǎn)能 60MW HJT PECVD 推向市場(chǎng)，并獲得 22 臺(tái)量產(chǎn)設(shè)備訂單。據(jù)理想萬里暉官網(wǎng)披露，公司異質(zhì)結(jié) PECVD 平均量產(chǎn)效率 24%，曾獲得 ISFH 認(rèn)證的 25.11%的最高轉(zhuǎn)換效率。
多層反應(yīng)腔雙真空系統(tǒng)助力產(chǎn)能大幅提升：理想萬里暉 OAK 系列量產(chǎn)設(shè)備采用雙真空反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)，沉積腔室均 位于大的真空腔內(nèi)，內(nèi)外腔壓力差小，反應(yīng)腔形變小，腔內(nèi)上下極板可同時(shí)發(fā)熱，降低熱漂移和粉塵、顆粒出現(xiàn)的 概率，改善成膜質(zhì)量;小腔室清洗方便、無需開腔維護(hù)，氣體消耗量?jī)H為傳統(tǒng)的 1/8，可有效節(jié)約工藝氣體用量。抽 屜式反應(yīng)腔屬于公司的獨(dú)家核心技術(shù)，沉積腔室內(nèi)部被分割成多個(gè)子腔室，可實(shí)現(xiàn)工藝并行運(yùn)行，使產(chǎn)能翻倍;該 套盒工藝設(shè)計(jì)可兼容不同型號(hào)的設(shè)備，研發(fā)和量產(chǎn)設(shè)備工藝共享，研發(fā)工藝可直接導(dǎo)入量產(chǎn)，加快設(shè)備產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
先進(jìn)等離子體匹配系統(tǒng)縮短等離子體穩(wěn)定時(shí)間，提升表面鈍化效果：PECVD 采用靜態(tài)鍍膜的方式，等離子體每次開 啟時(shí)會(huì)存在一段不穩(wěn)定期，影響成膜質(zhì)量，針對(duì)此問題理想萬里暉引入先進(jìn)等離子體系統(tǒng)，將等離子體穩(wěn)定時(shí)間縮 減至 0.3s。此外，為改善甚高頻等離子體反應(yīng)腔內(nèi)電磁場(chǎng)均一性，公司運(yùn)用相位調(diào)制技術(shù)，提升了鍍膜均勻性。
設(shè)備向大產(chǎn)能迭代，三代設(shè)備產(chǎn)能有望繼續(xù)提升：理想萬里暉 HJT PECVD 擁有 Pine-M-R-5 研發(fā)型設(shè)備和 OAK列量產(chǎn)型設(shè)備，量產(chǎn)型 OAK 系列設(shè)備至今已推出 OAK-U-5、第 2OAK-DU-5、第 2.5OAK-DU-PLUS 產(chǎn)品， 單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能從第一代的 50-60MW 左右提升至 2.5 代的 250MW，公司預(yù)計(jì)三代設(shè)備 OAK-MC 可實(shí)現(xiàn) 500MW 的單 臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能。
5、鈞石能源：獨(dú)特 RF 設(shè)計(jì)優(yōu)化薄膜質(zhì)量，大尺寸載板提升產(chǎn)能
鈞石(中國(guó))能源有限公司主要針對(duì)新一代高效太陽能電池產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)、制造以及銷售，其研發(fā)的 PECVD 已在 多條自建 HJT 中試線上投產(chǎn)。鈞石能源模塊化鏈?zhǔn)?PECVD 系統(tǒng)采用獨(dú)特的 RF 電極設(shè)計(jì)，電極間距可調(diào)節(jié)，設(shè)備 起輝功率低，穩(wěn)定性好，多點(diǎn)射頻輸入和最低射頻功率點(diǎn)火的設(shè)計(jì)可有效降低等離子體對(duì)基片的損傷，低功率薄膜 鈍化后的晶體硅少子壽命接近其本征壽命。載板溫度均勻，沉積薄膜厚度均一性好。此外，硅片上下料已全部實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，載板單次可裝載 144 片基片(12*12 載板尺寸)，并可兼容 M6、M10、G12 硅片，設(shè)備 uptime 超過 90%，每小時(shí)產(chǎn)量超過 3500 片。
6、邁為股份：采用準(zhǔn)動(dòng)態(tài)鍍膜工藝，高產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)突出
邁為股份自研 PECVD 采用準(zhǔn)動(dòng)態(tài)鍍膜工藝，已在通威合肥異質(zhì)結(jié)中試線運(yùn)行半年以上。8 月，邁為股份中標(biāo)安徽宣 城高效硅異質(zhì)結(jié)項(xiàng)目的一條整線，中標(biāo)信息顯示邁為股份 PECVD 各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)突出，產(chǎn)能最高可達(dá) 8000 片/小時(shí)， 轉(zhuǎn)換效率 24%以上，uptime≥90%。
7、捷造光電：inline 線列式系統(tǒng)，兼顧沉積效率及穩(wěn)定性
捷造光電 PECVD 采用 inline 線列式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)腔采用隔離的全鋁熱壁反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)，擁有 4 個(gè)獨(dú)立的 PECVD 模塊處 理雙面異質(zhì)結(jié)工藝，保證非晶硅工藝穩(wěn)定;電極間距可調(diào)，并搭載 RF 快速匹配技術(shù)，縮短功率穩(wěn)定所需時(shí)間;采 用滾輪式傳輸結(jié)構(gòu)，保證了較高的可靠性且易于維護(hù)。捷造光電 PECVD 采用模塊化設(shè)計(jì)，可適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)工廠布 局和自動(dòng)化配套，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于維護(hù)和檢查。
8、捷佳偉創(chuàng)、金辰股份亦積極布局 PECVD
捷佳偉創(chuàng)與愛康科技簽署 2GW 異質(zhì)結(jié)電池項(xiàng)目合作協(xié)議，聚焦 PECVD 和新式 TCO 鍍膜設(shè)備的共同研發(fā)。金辰股 份發(fā)布非公開發(fā)行預(yù)案，擬募集不超過 38000 萬元用于“年產(chǎn) 40 臺(tái)(套)光伏異質(zhì)結(jié)(HJT)高效電池片用 PECVD 設(shè)備”項(xiàng)目和補(bǔ)充流動(dòng)資金。
三、PVD：國(guó)產(chǎn)化降本空間相對(duì)有限，靶材優(yōu)化將助力提效
(一)產(chǎn)能提升并非瓶頸，降本空間相對(duì)有限
HIT 表面的 TCO 薄膜的作用為收集光生載流子并將其輸送到金屬電極上，導(dǎo)電性好、透過率高是 TCO 薄膜需要具 備的關(guān)鍵特性。在工藝方面，目前主要采用 PVD(磁控濺射)和 RPD(反應(yīng)等離子體沉積法)兩種方式，PVD 利用 經(jīng)過加速的高能粒子轟擊靶材，使靶材表面的原子脫離晶格逸出沉積在襯底表面發(fā)生反應(yīng)而形成薄膜;RPD 法利用 等離子體槍產(chǎn)生氬等離子體，氬等離子體進(jìn)入生長(zhǎng)腔后，在磁場(chǎng)作用下轟擊靶材，靶材升華形成蒸氣實(shí)現(xiàn)薄膜沉積。
PVD 工藝穩(wěn)定、成本更低，RPD 鍍膜質(zhì)量?jī)?yōu)，但存在專利問題：PVD 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備成本較低，成膜均勻性 更好，鍍膜工藝穩(wěn)定，能夠滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化需求，但由于等離子體中包含大量高能粒子，會(huì)對(duì)基板表面產(chǎn)生強(qiáng)烈 的轟擊刻蝕作用，且沉積速率較慢。而 RPD 技術(shù)的等離子體能量分布相對(duì)集中且離化率更高，高能離子較少，表現(xiàn) 出低離子損傷的優(yōu)良特性。同等條件下，RPD 技術(shù)制備的 TCO 薄膜結(jié)構(gòu)更加致密、結(jié)晶度更高、表面更加光滑、導(dǎo) 電性更高、光學(xué)透過率更好1。此外，RPD 方法還具備低沉積溫度、高速生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于設(shè)備成本較高，但 RPD 核心專利技術(shù)被日本住友壟斷，故現(xiàn)有產(chǎn)線基本采用 PVD 路線，捷佳偉創(chuàng)獲得日本住友授權(quán)，可制造 RPD備。
PVD 整體工藝較為成熟，難度低于 PECVD，各家設(shè)備廠商在技術(shù)端差異不大，基本均可在真空、無翻轉(zhuǎn)的情況下 實(shí)現(xiàn)雙面薄膜沉積，多數(shù)廠商還具備完善的自動(dòng)化配套設(shè)施以及模塊化結(jié)構(gòu)，并搭載旋轉(zhuǎn)靶提高靶材利用率，單臺(tái) 產(chǎn)能已實(shí)現(xiàn)較高水平，馮阿登納最新一代 PVD 設(shè)備產(chǎn)能可達(dá) 8000 片/小時(shí)，未來計(jì)劃進(jìn)一步提至 10000 片/小時(shí)， Singulus 量產(chǎn)設(shè)備最高產(chǎn)能也實(shí)現(xiàn)了 6000 片/小時(shí)，邁為近期在安徽宣城中標(biāo)的 PVD 設(shè)備產(chǎn)能指標(biāo)也達(dá)到了 8000/小時(shí)的水平?？梢?，產(chǎn)能提升并非 PVD 設(shè)備向上優(yōu)化的瓶頸，努力方向在于改善 TCO 薄膜透光性、均勻性、傳導(dǎo) 性等指標(biāo)進(jìn)而提升電池轉(zhuǎn)換效率。
成本方面，一方面，PVD 單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能已實(shí)現(xiàn)較高水平，另一方面，馮阿登納等外資廠商通過在國(guó)內(nèi)設(shè)廠，基本實(shí) 現(xiàn)了 PVD 設(shè)備的半國(guó)產(chǎn)化狀態(tài)，料未來 PVD 設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的成本下降空間較為有限。
1、馮阿登納：技術(shù)積淀深厚，設(shè)備性能出眾
馮阿登納成立于 1991 年，前身是德國(guó)曼弗雷德·馮·阿登納研究所，擁有 50 多年的電子束工藝經(jīng)驗(yàn)以及 40 余年的 磁控技術(shù)積累，已經(jīng)開發(fā)出多款適用于 HJT 的 PVD 設(shè)備，包括用于實(shí)驗(yàn)室或試生產(chǎn)線的 SCALA 系列和用于量產(chǎn)的 XEA|nova 系列。
其 PVD 設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在不翻轉(zhuǎn)基片、不破壞真空的條件下雙面沉積 TCO 薄膜，整個(gè)沉積過程中精準(zhǔn)控制襯底溫度， 保證良好的沉積效果，同時(shí)做到邊緣隔離。公司將自主研發(fā)的可旋轉(zhuǎn)磁控濺射技術(shù)應(yīng)用于磁力極強(qiáng)的磁棒上，使得 腔內(nèi)磁場(chǎng)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高出 15%，降低了沉積過程中的工藝電壓，進(jìn)而降低了非晶硅底層的受損程度，同時(shí)也改善了 TCO 的透明度、傳導(dǎo)性等，提升成膜質(zhì)量。
設(shè)備沉積腔室設(shè)計(jì)較為靈活，既可配置平板式或旋轉(zhuǎn)式、單個(gè)或雙磁控管，又可以配置電子束槍或各種蒸發(fā)源，同 時(shí)可在真空狀態(tài)下或在進(jìn)入真空狀態(tài)前進(jìn)行清洗或刻蝕等特殊預(yù)處理。此外，設(shè)備自動(dòng)化配套設(shè)施完善，硅片自動(dòng) 上下料及傳輸系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，使用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程靈活可變，可針對(duì)客戶需求定制化布局方 式。
2、Singulus：模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，量產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)能最高可達(dá) 6000 片/小時(shí)
公司設(shè)計(jì)的 PVD 同樣可以在全真空、無翻轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行雙面沉積，同時(shí)做到邊緣隔離，可用于濺射沉積 Ag、Cu、 Al 等金屬膜層和 ITO、AZO 等 TCO 薄膜。該設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)，各腔室獨(dú)立工作，正背表面濺射方向(top down /bottom up)可靈活選擇，旋轉(zhuǎn)式圓柱形磁控管的引入將靶材利用率從 30%提升至 80%。沉積流程中的溫度控制是 Singulus PVD 設(shè)備的核心技術(shù)，可將沉積溫度穩(wěn)定控制在 200℃以內(nèi)，進(jìn)而提高薄膜沉積質(zhì)量。
自動(dòng)化方面，自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，不同的上下料方式可供選擇。
Singulus 目前在售 PVD 共三種機(jī)型，包括 GENERIS LAB、GENERIS PVD 3000 和 GENERIS PVD 6000，工藝周期 在 45~75s 之間，托盤單次可裝載 64 片硅片。其中 GENERIS LAB 是實(shí)驗(yàn)室研究的專用設(shè)備;GENERIS PVD 3000 和 GENERIS PVD 6000 是工業(yè)量產(chǎn)設(shè)備，每小時(shí)產(chǎn)量分別可達(dá) 3000 和 6000 片。
3、Meyer Burger：濺射工藝完美平衡效率提升與成本下降
梅耶伯格 HELiAPVD 同樣采用模塊化結(jié)構(gòu)，可在真空環(huán)境內(nèi)無翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)雙面薄膜沉積，且包含邊緣隔離工藝。設(shè)備有完善的自動(dòng)化設(shè)施，可更高效且保證質(zhì)量地處理硅片;選用圓柱形濺射磁控管，提高靶材利用率及鍍膜效率。公 司的 PVD 與 PECVD 在薄膜質(zhì)量和產(chǎn)量方面匹配度高，每小時(shí)產(chǎn)量約 3000 片，年產(chǎn)能超過 140MWp，uptime 大于 94%，單個(gè)托盤 cycle time 約 36s，托盤單次可裝載 30 個(gè) M2~M4 硅片。梅耶伯格的 PVD 濺射工藝使得 TCO 薄膜具有很低的光吸收率，可以實(shí)現(xiàn)和 RPD 媲美的電池效率，同時(shí)資本開支和運(yùn)營(yíng)成本減少 30%。
4、鈞石能源：專用大產(chǎn)能 PVD 系統(tǒng)助力 HJT 量產(chǎn)
鈞石能源自研的 PVD 可進(jìn)行雙面 ITO 薄膜沉積，已在福建金石 100MW 和鉅能 500MW 兩條中試線運(yùn)行。設(shè)備采用 雙旋轉(zhuǎn)靶設(shè)計(jì)，靶材利用率超過 80%，獨(dú)特的陰極靶座設(shè)計(jì)，提高了濺射工藝的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。設(shè)備預(yù)熱腔室 和沉積腔室配有原位加熱元件，沉積溫度可控制在 200℃左右，薄膜厚度均勻性可控制在 5%以內(nèi)。設(shè)備產(chǎn)能超過每 小時(shí) 5000 片，uptime>90%，可兼容 M6、M10 和 M12 尺寸的大硅片。
5、捷佳偉創(chuàng)：新型 RPD5500A 有望助力效率提升，二合一設(shè)備值得期待
捷佳偉創(chuàng)獲得日本住友對(duì) RPD 在中國(guó)大陸地區(qū)的獨(dú)家授權(quán)，開發(fā)了應(yīng)用于 HJT 的 RPD 設(shè)備，2019 年 6 月捷佳偉創(chuàng) 為通威成都超高效 HJT 電池項(xiàng)目提供了 RPD 設(shè)備。今年 9 月，捷佳偉創(chuàng)在官方微信上披露，推出自主研發(fā)的新型 RPD5500A 設(shè)備，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上采用半導(dǎo)體平板顯示行業(yè)最前沿加熱、冷井等多種核心技術(shù)，開發(fā)了多種復(fù)合 工藝組合設(shè)計(jì)，擴(kuò)大入光面的受光面積而獲得高效增益，結(jié)合新一代的靶材技術(shù)和工藝，載子遷移率可超 140，帶 來更高的效率增益、更低的電子共振吸收、更好的長(zhǎng)波透光率、更優(yōu)的導(dǎo)電性。RPD5500A 設(shè)備 uptime>90%，膜厚 均勻度可控制在 5%以內(nèi)，碎片率≤0.05%，產(chǎn)能可達(dá)到 5500 片/小時(shí)，已完成廠內(nèi)裝配調(diào)試。
捷佳偉創(chuàng)還規(guī)劃推出二合一設(shè)備 PAR5500，正面采用新型 RPD，背面采用 PVD，該設(shè)計(jì)可使占地面積減少一半，并 大幅降低設(shè)備成本。
6、捷造光電：定制磁場(chǎng)設(shè)計(jì)提升鍍膜質(zhì)量
捷造光電用于 HJT 的 PVD 設(shè)備采用 inline 濺射系統(tǒng)，配備大功率長(zhǎng)壽命旋轉(zhuǎn)陰極，定制磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，降低電壓，減少 高能粒子對(duì)基片的轟擊，進(jìn)而提升了成膜質(zhì)量，靶材利用率大于 75%。節(jié)拍時(shí)間 72s，膜厚均勻性和方阻均勻性分 別控制在 4%和 5%以內(nèi)。
(二)靶材優(yōu)化有望帶動(dòng)轉(zhuǎn)換效率提升
與 PECVD 相比，PVD 沒有明顯的核心壁壘，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能已提升至較高水平，未來靶材的優(yōu)化有望帶動(dòng)轉(zhuǎn)換效率 進(jìn)一步提升。目前 PVD 主要采用 ITO 和 SCOT 靶材，RPD 主要采用 IWO 和 ICO 靶材，靶材的選擇決定了薄膜的光 電特性，進(jìn)而影響電池轉(zhuǎn)換效率，IWO 相比于 ITO 更容易獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，但隨著靶材配方的探索改進(jìn)，ITO 薄膜的光電性能亦有所提升，進(jìn)一步改善了電池轉(zhuǎn)換效率。
壹納光電的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，ITO 的錫含量越低，電池轉(zhuǎn)換效率越高，97/3 和 99/1 低錫含量濺射靶材所制備的異質(zhì)結(jié) 電池的轉(zhuǎn)換效率要優(yōu)于普通成分比為 90/10 的 ITO 靶材。馮阿登納的 99/1 ITO 靶材方案得到的轉(zhuǎn)換效率也要優(yōu)于 90/10 ITO 靶，先99/1 ITO 靶，再98/2 ITO 靶則會(huì)具有更好的效果。近年來，靶材環(huán)節(jié)取得了較為明顯的進(jìn)步， 未來新材料的創(chuàng)新和開發(fā)有望進(jìn)一步帶動(dòng)電池轉(zhuǎn)換效率的提升。
