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TOPCon當前主要技術路線中，LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低壓力化學氣相沉積法）技術成熟、良率穩(wěn)定，行業(yè)認可度較高，目前占據(jù)相對主導地位；PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，離子體增強化學的氣相沉積法）雖然良率較低，但成膜速度快、繞鍍小。有光伏行業(yè)分析師認為，2022年下半年或到2023年上半年，PECVD的技術突破值得關注。

Topcon的技術核心

在講清楚這個問題之前，先要回顧一下Topcon電池的核心結(jié)構(gòu)。


Topcon電池的核心原理，就是在Pert的結(jié)構(gòu)上多增加兩層結(jié)構(gòu)。

圖中藍色部分，超薄隧穿氧化硅層，是Topcon電池片結(jié)構(gòu)的精髓；利用量子隧穿效應，既能讓電子順利通過，又可以阻止空穴的復合。

圖中紅色部分，摻雜多晶硅層，共同形成背面鈍化接觸效應。

典型的Topcon電池的制備流程，見下圖。


從上圖可以看出，Topcon電池的制備工藝，核心就是圖中的棕色部分，亦即薄膜沉積工藝。

薄膜沉積：CVD技術路線之爭

對于Topcon電池片設備而言，其他工序可以和原有的PERC電池片共享或者稍作升級。

但薄膜沉積工藝是Topcon電池技術的核心，在技術路線選擇上，要尤其慎重。


PVD：物理氣相沉積。顧名思義，就是使用蒸鍍、濺射這些物理方式，使目標材料在基底上成膜。

CVD：化學氣相沉積。和PVD不同，通過化學反應，在硅片表面形成一層固體薄膜。

從目前的幾家主流的電池片廠商所采用的研發(fā)或者生產(chǎn)路線來看，大家不約而同的選擇了CVD技術路線。其中不同的，是在CVD細分方向上的選擇。


先來比較一下最主流的兩種技術路線：LPCVD和PECVD。

無論采用哪一種技術路線，核心要解決的問題，就是盡量用更低的能耗、更快的速度、更好的質(zhì)量來形成薄膜沉積。

而從常識出發(fā)，我們可以知道這是一個不可能三角，不可能有一種解決方案同時滿足所有要素。

LPCVD


上圖是一個典型的LPCVD的例子。所謂LP就是英文低壓（Low Pressure）的縮寫。

我們知道在常壓下，氣體分子運動速率快于化學反應速率，成膜時反應不完全形成孔洞，影響成膜質(zhì)量。

通過真空泵將爐腔內(nèi)抽成低壓，而低壓使得在適當溫度下，分子的運動速率慢于化學反應速率，提高了成膜質(zhì)量。

PECVD


PECVD同樣也是CVD技術，差異在于PE（Plasma Enhancd），中文翻譯就是等離子增強氣相沉積。

與之前提到的抽低壓技術不同，PECVD的工藝核心是在反應爐外增加一個可變頻率的電場，也就是上圖的RF+Match部分。

施加的電場把目標材料源氣體電離，增加氣體活性，實現(xiàn)在不升高溫度的前提下提高氣體的反應速率

ALD

PVD、CVD、ALD 技術均為薄膜氣相沉積技術，但其工藝原理有所區(qū)別。

其中 PVD 是利用物理過程實現(xiàn)鍍膜，CVD 和 ALD 均是通過化學反應制備固態(tài)物質(zhì)實現(xiàn)鍍膜。

ALD （Atomic Layer Deposition）技術是一種特殊的真空薄膜沉積方法，具有較高的技術壁壘。

通過ALD 鍍膜設備可以將物質(zhì)以單原子層的形式一層一層沉積在基底表面，每鍍膜一次/層為一個原子層，根據(jù)原子特性，鍍膜 10 次/層約為 1nm。

讀起來可能有點拗口，用圖例可能會看得更清晰一點。


對照上圖，我們可以看到ALD主要分為幾個步驟的循環(huán)。

鋁源注入：加熱后的三甲基鋁（TMA）蒸汽注入為金屬鋁源，其中TMA包含一個鋁原子+三個前驅(qū)體原子。

氣體清洗一：使用惰性氣體，將多余的 TMA 蒸氣和反應副產(chǎn)物甲烷帶出反應室。

氧源注入：水蒸氣脈沖進入反應室和 TMA 前驅(qū)體吸附的表面繼續(xù)進行表面化學反應。

氣體清洗二：清洗氣體把多余的水蒸氣和反應副產(chǎn)物甲烷帶出反應室。

上面的過程循環(huán)往復，每次循環(huán)實現(xiàn)鍍膜一層原子，直到鍍到目標厚度停止。

使用ALD設備鍍膜，可以實現(xiàn)三大優(yōu)點，即三維共形性、均勻性（致密且無孔）、原子級的厚度控制。

最終鍍成的膜，長成這樣，尤其適合不規(guī)則形狀的均勻鍍膜。


從上圖可以明顯的看到，由于鍍膜質(zhì)量不均勻一開始PVD技術就出局了。

而CVD和ALD技術，在改進后還在一爭高下。

當然，ALD技術良好的成膜質(zhì)量，也是以犧牲了成膜速度為代價的。

在工業(yè)化量產(chǎn)的領域，則需要尋找質(zhì)量、效率、經(jīng)濟性的平衡點

TOPCON電池流程廠商簡單梳理

制絨（捷佳偉創(chuàng)，金舟）。硼擴（拉普拉斯做得最好，北方華創(chuàng)，捷佳偉創(chuàng)也會做），背面堿拋光（捷佳偉創(chuàng)，金舟）。

背面隧穿氧化層和多晶硅層沉積（LPCVD，PECVD，PVD三種路線），LPCVD先通過熱氧化方式長1-1.5nm的遂穿氧化層，再長本征非晶硅層，結(jié)合磷擴散，形成摻雜多晶硅層。PECVD先用PECVD方式長1-1.5nm的遂穿氧化層，再長摻雜非晶硅層，厚度約為100-150nm之間。

PVD方式和PECVD差不多。LPCVD做的最好的是拉普拉斯，PECVD做的比較好的是捷佳偉創(chuàng)和紅太陽兩家，北方華創(chuàng)和金辰其次，紅太陽的設備在通威，晶澳，中來都有在試用demo機，PEALD微導在做，由于隧穿氧化層通過有機硅的方式實現(xiàn)生長，成本會更高，PEALD這條路線未來不會選擇。PVD中來在做。

退火，摻雜非晶硅層晶華，形成摻雜多晶硅。磷從非激活態(tài)變成激活態(tài)刻蝕清洗，鏈式設備把表面PSG去掉，再通過堿刻蝕把正面繞鍍的多晶硅去掉，然后做槽式清洗，把正面的BSG掩膜，背面PSG掩膜去掉（捷佳偉創(chuàng)，金舟等）正面氧化鋁鈍化，管式ALD（捷佳，微導）或板式ALD（理想）。正背面氮化硅鈍化，管式PECVD（捷佳，紅太陽）。絲網(wǎng)印刷，在正背面形成金屬化電極（邁為，科隆威，捷佳偉創(chuàng)）。電注入或光注入（邁為，奧特維，科隆威）。測試分選（邁為等）

寫在最后

從技術原理來看，三種技術路線在新型電池技術領域都有應用空間，其中 PVD 應用環(huán)節(jié)相對單一，CVD 和 ALD 可能的應用環(huán)節(jié)較多。

捷佳偉創(chuàng)、金辰股份是為數(shù)不多同時布局LPCVD、PECVD設備的企業(yè)。2022年4月，捷佳偉創(chuàng)在接受機構(gòu)投資者調(diào)研時表示，公司在TOPCon技術路線上進行了全面布局，能夠提供包含LPCVD及PE-poly在內(nèi)的TOPCon整線工藝設備及配套的自動化設備，目前兩種設備均在客戶端使用情況良好。

金辰股份管式PECVD樣機已試用于晶澳科技、晶科能源等客戶。該公司N型TOPCon 電池平均效率大于24%，最高效率 24.5%。

效率上限決定了何種電池技術路徑有更長遠的利潤釋放，是電池技術路徑升級的判斷標準，而成本決定了短期何種電池技術可以最早實現(xiàn)量產(chǎn)。

另外除工藝設備外，激光設備也是TOPCon產(chǎn)業(yè)鏈不可忽視的環(huán)節(jié)。

“激光在硼擴當中的應用是最近關注度比較高的新技術，理論上一次硼擴技術可以把TOPCon電池效率提升0.4個百分點，目前實際應用是在0.2個百分點，未來可能還有0.2個百分點的效率提升空間。如果效率能夠持續(xù)提升，該技術也能夠在TOPCon領域得到大規(guī)模的應用。”上述光伏行業(yè)分析師稱。

帝爾激光產(chǎn)品包括激光擴硼設備。公司是激光加工設備龍頭，2020年完成TOPCon硼摻與開膜技術工藝論證。

材料方面，銀漿國產(chǎn)化將幫助TOPCon進一步降本。目前，TOPCon銀漿國產(chǎn)化率僅約20%，國產(chǎn)化進程亟待加速。

據(jù)帝科股份2021年年報，公司“N型TOPCon電池硼擴發(fā)射極接觸銀鋁漿產(chǎn)品開發(fā)”已處于中試階段；2022年5月，帝科股份在互動平臺表示，公司應用于TOPCon電池的成套導電銀漿已實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)出貨。

當然實驗室理論和工業(yè)量產(chǎn)，永遠不是同一件事，一切沒有規(guī)?；慨a(chǎn)印證的技術都是泡沫。

原標題：TOPCON路線之爭：晶科、鈞達LPCVD和與通威、晶澳的PECVD誰主沉浮