异质结系列篇2：异质结关键生产设备介绍

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本公众号将推出一个以异质结技术为主题的系列文章，共四篇，分别叙述：

1）异质结概述及生产工艺介绍；（☞☞异质结系列篇1：异质结概述及生产工艺介绍）

2）异质结关键生产设备介绍；

3）HJT技术有关的量产、生产成本、主要限制条件以及未来发展方向概述；（☞☞异质结系列篇3：异质结现状及未来趋势展望）

4）名人访谈：异质结新发展阶段（☞☞异质结系列篇4：名人访谈：异质结新发展阶段）

本篇文章为系列2：针对异质结关键生产设备介绍。

人们对HJT电池关注度增加的另一个原因是光伏供应链正在不断改善。几年前，这项技术并没有得到大家的关注。但因为HJT电池的生产设备正在变得越来越成熟，也更加适合大规模生产。

在很大程度上，设备供应商提升了HJT电池的生产工艺，并正在努力降低生产成本。HJT电池生产需要的特殊金属化的浆料不仅种类越来越多，而且价格越来越便宜。整体上看，HJT电池生产的供应链正在不断改善以满足越来越多制造商生产HJT电池的需求。

硅片处理

硅片的质量非常关键。HJT的优势在于优良的表面钝化特性，使其达到数值超过740 mV的高开路电压(Voc)。限制HJT电池开路电压大小的主要原因不在意表面钝化的效果而是体复合的影响。同时，HJT电池还具有在电池生产期间不涉及晶片热处理的优势，因此消除了在生产过程期间体积寿命发生任何变化的风险。但这也意味着该技术所使用的硅材料的品质要求更高。:

但据CEA-INES的战略和产业项目经理Pierre-Jean Ribeyron所说，这并不像过去那么令人担忧。因为现在供应的初始硅料和硅片品质在不断提高。单晶硅锭/硅片、电池以及组件供应商隆基公司采用的金刚线切割技术使铸锭质量和锯切工艺方面取得了巨大进步。

原来由于浆料的存在使硅片表面不平整，同时造成了尺寸较大的硅片加工损伤层，在采用金刚石线切割技术后得到了很大的改善。Ribeyron 表示随着金刚石颗粒尺寸的减小，金刚线切割造成的硅片损伤层可以从目前“几微米”的水平进一步降低。金刚线切割工艺还有助于降低后续清洗和制绒工艺的强度要求。

薄膜沉积

在这个环节，会使用两种沉积设备。PECVD设备用于沉积本征和掺杂非晶硅薄膜， 而PCD设备是制作TCO薄膜的主要选择。

PECVD

Sunpreme是一家总部位于美国的公司，成立于2009年，在中国设有一家生产工厂，并选择研发特定的生产设备。该公司使用的设备最初是为TFT液晶显示器设计的。来自Sunpreme中国分公司的朱家臻表示，Sunpreme公司与平板显示器行业的设备供应商有着良好的长期合作关系。这有助于公司使用改进的TFT生产设备来沉积HJT电池的薄膜层，同时，Sunpreme公司指出，重新改造的PECVD设备可以沉积四层超薄非晶硅薄膜。与此同时，该公司也在寻找常规设备供应商。

将原有的设备进行改造升级是传统薄膜光伏企业进入HJT领域的必经之路，至少在初始阶段是这样。在2016年举行的第33届欧盟PVSEC会议上，俄罗斯电池生产商Hevel和3Sun ( 意大利Enel GreenPower的子公司)展示了HJT电池使用改造后的PECVD设备的成果，这些设备最初是为微晶光伏薄膜设计的。然而，对于其新的HJT电池生产线，Enel公司依赖于Meyer Burger推出的沉积设备。

在常规设备方面，PECVD供应商包括瑞士的Meyer Burger和INDEOtec,以及来自中国台湾的Archers Systems和中国理想能源公司。此外，钧石;能源也进入了HJT电池生产设备领域，并且钧石能源凭借其薄膜光伏设备的背景以及建立600MW硅片厂中所获得的经验，公司开始为HJT电池提供包括PECVD在内的关键沉积设备。

Singulus公司正处于开发该技术的初始阶段。晋能正在与Archers开展关于PECVD设备的合作，而汉能正在使用理想能源公司的沉积系统，但还未对我们做出相关回应。研究中心CSEM对HJT处理的沉积工艺做出了重大贡献;根据金属化专家AntoninFaes的说法，INDEOtec 公司起源于CSEM (前PV-Lab)，而Meyer Burger的HJT核心处理工艺也是在该研究中心开发的。

MeyerBurger在常规设备供应商中处于领先地位。这家瑞士公司多年来一直致力于该技术， 其设备已经应用于大规模生产中。同时已经证实了该公司的HJT电池试生产线的具有高效率。小型匈牙利公司EcoSolifer过去也开发过自己的设备，现在则依赖Meyer Burger供应设备。其PECVD设备叫做HELiAPECVD,采用直接RF等离子体平行板反应器设计。Meyer Burger专门为HJT电池优化了等离子体技术，开发了一一种称为S-Cube等离子体技术。这种获得专利的设备是基于盒中盒式的设计，有助于实现极低的污染和均匀的沉积。Meyer Burger表示通过采用该设备进行非晶硅薄膜沉积，在区熔单晶硅片(FZ)型上已经实现了超过10ms的有效少子寿命，在直拉硅片(CZ) 上实现了 超过2ms的有效少子寿命。PECVD设备支持每小时2,400片硅片的生产量。

钧石能源没有提供有关其PECVD设备的具体详细信息，但根据公司CTO王树林的说法，该设备在托盘内可实现+/-5 C的温度均匀性。

Archers公司已经开发了基于平行线等离子体的PECVD设备，并已申请专利授权。据该公司介绍该技术提供均匀的薄膜沉积和清洁处理环境，没有任何污染。在上海举行的2017年SNEC展会上，Archers公司表示它采用13.56 MHz的等离子频率，托盘- ~次可容纳63片硅片，处理时间为180秒。厚度为8. 16nm的沉积薄膜均匀性良好，额定偏差小于5%。该系统每小时的额定生产量为1,260片硅片，该公司估计这相当于50兆瓦的年生产能力。Archers 公司还提供100兆瓦的系统和研发设备。该产品基于模块化平台的构建，允许添加处理室以扩大生产容量。Archer 公司表示，晋能和台湾NSP等光伏制造商正在使用其生产的PECVD设备。

INDEOtec公司是瑞士的PECVD设备供应商。其技术核心是一种名为PECVD Mirror的创新概念，该技术可以完全避免破坏真空环境，从而在沉积顶部和底部非晶硅薄膜时翻转硅片。该公司基于专有的集成射频电极(IRTF) 等离子技术，推出了额外的第三个电极，用于增强等离子转向。现在，载体的顶部和底部等离子体的布置使得电池底部沉积成为可能。这种设计有利于在硅片的顶部和底部上沉积非晶硅薄膜，而不需要将其从处理室中拉出。

INDEOtec公司目前提供的Octopus II 沉积系统除了完成PECVD工艺沉积非晶硅层外，还可以通过PVD技术沉积TCO薄膜。该设备主要用于研发和试生产线。根据INDEOtec公司的说法，用于异质结太阳能电池的OCTOPUS lI - PECVD/PVD沉积系统，使CSEM研究中心获得效率为24.1%的HJT电池。

PVD

TCO薄膜通常应用滅射的方法在PVD设备中完成。

在生产设备方面，一些设备制造商正在提供用于沉积TCO薄膜的PVD系统。Von Ardenne, MeyerBurger, Singulus 和钧石能源公司是领先的PVD设备供应商。INDEOtec公司的OctopusII沉积系统也可以实现TCO薄膜的沉积。只有Archers公司正在推广一种称为反应等离子体沉积(RPD)的特殊方法。

Von Ardenne是一家总部位于德国的公司，在提供溅射工具方面拥有40年的经验，在TCO薄膜领域拥有15年的专业经验，目前公司正在为制备TCO薄膜提供两种产品。SCALA是一种入门级的解决方案，它是一种模块化真空镀膜系统，带有一个基于载体的基板传输系统，专门用于在HJT电池生产过程中的TCO薄膜制备。SCALA有两种基本的配置，SCALALabX是--种带有或不带负载锁定的批量处理的单端设备，非常适合实验室规模的过程和应用开发。每个循环它可以处理一个带有九个硅片篮的运输载体。可根据要求将SCALA重新设计为内联导频系统，每小时总生产量高达1,200片硅片。该工具的处理室可以配备多达五个不同的处理站，其处于具有平面或可旋转磁控管的溅射布置中。该平台还可以灵活地添加辅助腔室，例如进1出口，缓冲和运输。VonArdenne公司还提供另一种带有线性蒸发源的设备，适用于串联太阳能电池处理。

Meyer Burger推出了一个名为HELiA PVD的应用PVD技术制备TCO薄膜的镀膜系统。该设备已经开发用于通过溅射方法来沉积TCO薄膜和金属膜层。该设备可实现同时在硅片正面和背面实现薄膜的沉积，过程包含边缘绝缘。这意味着边缘绝缘不需要额外的步骤。旋转靶材的利用率，产量高和生产成本低。该设备在薄膜质量和容量方面与MeyerBurger的PECVD系统相匹配，这意味着它每小时的生产量为3,000片硅片。其客户EcoSolifer也使用Meyer Burger提供的设备进行TCO薄膜沉积。根据EcoSolifer项目负责人Adam的说法，该系统的主要优点是改变生产需求的简单性，易于调整薄膜厚度，产量高和沉积薄膜的均匀性好。

钧石能源还提供用于制备TCO薄膜的PVD设备。与大多数批量生产系统类似，钧石能源的PVD设备用于在硅片的两侧制备TCO薄膜。此外，该设备还设计用于沉积电镀过程中的铜电极，这意味着TCO薄膜和铜电极图案在同一系统中沉积。该PVD系统的生产量水平较高，每小时可处理3300片硅片，正常运行时间为90%。

Singulus公司提供一种称为GENERIS PVD的溅射设备，这是一种专门为HJT电池制备TCO薄膜而设计的水平内联溅射设备。可以像ITO、ZNO等接触层一样同时沉积在硅片的正面和背面，不需要翻转硅片破坏真空环境。

如果需要，该系统还可支持全区城覆盖银涂层。GENERISPVD系统使用可旋转溅射磁控管实现高目标利用率。该系统采用内联过程，在这个过程中硅片通过专门设计的载体运输，同时过程包含边缘绝缘。系统提供三种不同的配置一试 用版GENERISLAB;每小时吞吐量为2,600片硅片的GENERISPVD 3000;以及支持每小时约5,200片硅片处理量的GENERIS PVD 5000。根据产品经理Gitte的说法，GENERIS PVD生产系统是一个集成的解决方案，这意味着生产自动化是系统的一部分。

如上所述，Archers 公司正在提供一种应用RPD技术制备TCO薄膜的工艺。据该公司称，与PVD技术的不同之处在于RPD技术利用蒸发机制在硅片表面涂覆目标材料而不损坏现有的薄膜。该设备在50秒的周期循环时间内加工处理35个槽中的硅片。按此速率，RPD设备每小时可处理2,520片硅片。根据Archers公司的说法，使用其RPD设备的客户包括晋能，台湾的NSP和加利福尼亚的Solar City (现在是Tesla公司的一部分)。该公司还声称通过使用RPD技术代替PVD技术，其客户已经可以生产了电池效率提高约0.1 %的HJT电池。但Archers公司没有提供具体细节。然而，CEA-INES的Ribeyron也承认了RPD技术带来的电池性能优势，但同时强调了RPD技术成本较高的缺点。

晋能公司表示正在使用日本Ulvac公司的PVD设备。而汉能公司正在使用来自其早期薄膜工厂生产的日本生产设备。

目前正在评估其他-些用于制备TCO薄膜的方法。例如， 日本的Sumitomo公司已经证明可以应用离子电镀技术，并且正在开发用于大规模生产的设备。原子层沉积(ALD)的新型技术也正在研究中。

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下篇异质结技术介绍文章（☞☞异质结系列篇3：异质结现状及未来趋势展望）将于8月12日放出，敬请期待！

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