PERC电池的核心是在硅片的背面用氧化铝和氮化硅覆盖，从而达到钝化表面、提高长波响应的目的。目前，用于PERC电池量产的氧化铝钝化膜沉积方法主要有两种：等离子体化学气相沉积法（PECVD法）和原子层沉积法（ALD法）。

 PECVD和ALD的制备工艺比较

由于占地面积相对较小，在同一台设备中能够完成背面氧化铝和氮化硅钝化叠层的沉积，可扩展为三合一设备等优势，PECVD技术在早期的光伏行业内占据比较高的市场份额。ALD起步晚，几乎无人关注。2018年，随着市场需求的变化和其工艺的成熟，ALD工艺优势和性价比得到制造商们的认同，开始成为制造端市场的主角之一。

2015-2024全球ALD设备市场规模

“到目前为止，我们已经为超过30GW的生产线配备了ALD钝化系统，并且这个数量仍在增长，”江苏微导的首席技术官黎微明表示。“目前，中国几乎所有主要的光伏电池制造商都在使用我们的系统。”

用于PERC生产的ALD工艺设备（图片来源：江苏微导）

 江苏微导的市场份额从2017年的不足2%上升到2018年的近20%，成为市场上第二大PERC设备供应商。微导和少数ALD竞争对手的成功侵蚀了PECVD设备的销售。黎微明表示，通过ALD沉积氧化铝钝化层的操作和维护费用可低至每片0.001美元。由于该技术的成本较低，制造商正朝着ALD的方向前进。他补充说，这些成本来自工厂生产线上的其他工艺步骤，包括在电池中沉积后续层时在ALD系统和PECVD设备之间传输硅片的处理步骤。

值得注意的是，采用ALD系统的PERC工厂生产线仍然需要PECVD设备，特别是在氧化铝上沉积氮化硅覆盖层。这些层通常沉积在同一PECVD反应器内。使用ALD需要中断两个步骤之间的真空沉积过程并手动转移样品。

 提高能源转化效率是出了名的困难，包括韩华和SAA在内的一些生产顶级PERC电池的公司，仍然继续使用PECVD，而不是ALD。然而，如果这两种技术都能实现，那么即使是在能源转换效率方面的微小优势，ALD也可能改变市场规则。在目前市场领先企业竞争的数十亿瓦规模下，能源转换效率的每一个百分点都能带来数百万美元的收益，甚至改变光伏制造商的商业模式。

新南威尔士大学（UNSW）表面钝化专家和副教授Bram Hoex表示，鉴于PERC电池有进一步改进的潜力，ALD和PECVD之间的任何效率差异都会随着时间的推移而变得更加明显。“PERC太阳能电池在大批量生产中相对较新，在生产中可以达到24％以上的效率，”他说。“当我们越接近技术的基本极限时，任何不完美都会影响性能。”在目前的电池效率下，背钝化的质量在整体功率输出方面不是决定性因素。但随着制造商优化其他制造工艺，效率持续上升，钝化质量的重要性也可能会提高。

低针孔密度、高集成度的ALD在深沟道结构等集成电路领域有着重要的应用。但由于沉积速率较慢，在光伏生产中采用ALD存在一定的障碍。光伏行业的PECVD线可以达到每秒5个以上原子的沉积速率，而ALD线则远远落后。Hoex说:“在实验室里，ALD是一个相当缓慢的过程，每一个ALD循环至少需要几秒钟才能完成。”另一个长期存在的障碍是ALD沉积的物质往往包裹在样品的边缘。“这与PECVD关系不大，”Hoex说。“在ALD的情况下，本质上每一个暴露的表面都会被涂层。”

近年来，在Hoex集团的研究基础上，江苏微导调整了氧化铝的性质，使其能够同时钝化PERC电池的p型和n型表面。“我们使用先进的计算机模拟技术来确定最佳的电荷浓度，以便在不妨碍PERC电池正面的n型发射极的情况下钝化p型硅，”Hoex说。他的团队随后调整了ALD配方以调整电荷水平，并允许ALD在电池两侧安全地沉积氧化铝。

此后，这种专有技术使江苏微导无需在其ALD系统内屏蔽样品。在批量生产过程中，硅片彼此相邻，密集堆积，因为它们暴露在氧气和铝前体中。这大大增加了一次运行中可以处理的硅片数量。“ALD过去常常一次加载一个硅片，今天我们每批加载800个，”黎微明说。新配置需要对从气体流量和自动化到机械约束等问题进行严格的优化。但据Hoex解释道，批处理已经产生了一种简单的解决方案，可以降低ALD沉积速率并改变ALD的市场。

 Hoex还说，当使用ALD沉积的钝化层时，PERC电池的扩散会变得非常小。今年，他的团队指出，在PERC电池中，ALD沉积的氧化铝层的密度和适形性有助于减少光和高温引起的降解(LeTID)。“我们正在研究钝化触点、透明导电氧化物、缓冲层……”Hoex说，“我们希望氧化铝只是故事的开始，并有信心ALD将引入新的材料，降低成本，提高整个光伏行业的效率。”

ALD的未来可能既有机遇也有挑战。在集成ALD系统的PERC生产线的基础上，光伏市场已经趋向于更高效率的架构，如TOPCon。但使用PECVD可以达到最好的效率。为了在市场中继续发展，ALD面临着证明其在光伏技术中的通用性的挑战。

除了技术问题，PERC设备供应商还面临法律障碍。今年，韩华对光伏制造商提起诉讼，称后者采用了受其知识产权保护的钝化层。

据了解，韩华的专利涵盖了任何由铝氧化物制成的过氧化物钝化层，其表面覆盖有含氢介质。最初的专利多次提到ALD在制造这些结构中的应用。如果制造商想把产品销往海外，就必须避开知识产权问题。因此，这起诉讼的结果可能会影响ALD的市场应用和PECVD设备供应商的未来。

商务合作：胡小姐 180 1772 7437（微信同号）

投稿邮箱 / E-mail：editor@testpv.com