投资要点
　　行业转型，TOPCon电池率先实现大规模量产：随着PERC电池量产效率逐渐接近其理论效率，行业开始转向TOPCon/HJT等N型电池。而TOPCon电池以其电池效率高、设备投资成本低、与PERC产线兼容性高等优点，率先实现大规模量产。据不完全统计，截止目前，TOPCon已投产69.75GW，规划待建产能近474GW。
　　TOPCon存在工艺路线之争。TOPCon电池与PERC电池核心差异在于，新增隧穿氧化层，以及掺杂多晶硅层。以多晶硅层制备方法，TOPCon工艺路线分为LPCVD/PECVD/PVD路线。从工业应用角度看，掺杂多晶硅层制备方法，要求工艺简单、产能大；隧穿氧化层因其对电池整体性能影响十分关键，要求工艺制备的膜层致密度高、均匀性好。
　　从技术角度看，PECVD法能实现LPCVD法同等制备效果，且清洗绕镀简单，工艺精简、良率预期更高。LPCVD路线技术最成熟，但有严重绕镀、原位掺杂难等问题。因绕镀，LPCVD设备需增加一倍设备；PVD路线，根据ISFH研究观点，PVD钝化效果略差。且实际运行中，维护频率高，开机率低；而PECVD路线轻微绕镀、且清洗容易，可原位掺杂、工艺精简，爆膜问题可通过电池背面微制绒解决。隧穿氧化层质量对电池效率影响至关重要。文献数据显示：从膜层密度角度看，PECVD制备的氧化层密度（2.2g/cm3）要优于LPCVD（2.15g/cm3）；从膜层均匀性角度看，PECVD法制备的氧化层粗糙度1.38nm，与LPCVD制备的氧化层粗糙度1.36nm相当。
　　从经济性角度看，PECVD路线设备投资成本低、产能大、维护成本低、开机率高。根据皇氏集团机构调研纪录表，（1）PE路线比LP路线设备采购成本少；（2）PE路线工艺时间短，单台设备产能大，设备机台数量少，省空间，设备好布局；（3）维护成本对比：LP路线石英管寿命平均56天，石英舟寿命60天，石英件消耗162万/台/年，PE路线石英管寿命1-2年，只有正常的石墨舟消耗，LP设备的石英件消耗比PE设备费用预计多出3530万/年（5GW计）；（4）设备人员配置上，LP路线估计是PE路线的一倍以上，每天在做维护换石英管，且设备利用率较低，更换石英管需要3-4小时，期间整台设备需停机。
　　因此，我们认为工艺稳定后，PECVD成为TOPCon主流工艺，推动TOPCon大规模量产。建议关注：光伏整线设备龙头捷佳伟创（公司推出PE-Poly，即采用PECVD路线）、光伏激光设备龙头帝尔激光。
　　风险提示：光伏新增装机容量不及预期；市场竞争加剧风险；电池技术迭代对设备影响的风险；设备技术研发风险

研究报告全文：2023年02月08日行业研究证券研究报告机械行业深度分析TOPCon设备行业深度报告TOPCon大规投资评级领先大市-B维持模量产PECVD成为主流工艺投资要点首选股票评级300776SZ帝尔激光买入-B行业转型TOPCon电池率先实现大规模量产随着PERC电池量产效率逐300724SZ捷佳伟创买入-B渐接近其理论效率行业开始转向TOPConHJT等N型电池而TOPCon电池以其电池效率高设备投资成本低与PERC产线兼容性高等优点率先实一年行业表现现大规模量产据不完全统计截止目前TOPCon已投产6975GW规划待建产能近474GWTOPCon存在工艺路线之争TOPCon电池与PERC电池核心差异在于新增隧穿氧化层以及掺杂多晶硅层以多晶硅层制备方法TOPCon工艺路线分为LPCVDPECVDPVD路线从工业应用角度看掺杂多晶硅层制备方法要求工艺简单产能大隧穿氧化层因其对电池整体性能影响十分关键要求工艺制备的膜层致密度高均匀性好从技术角度看PECVD法能实现LPCVD法同等制备效果且清洗绕镀简单工艺精简良率预期更高LPCVD路线技术最成熟但有严重绕镀原资料来源聚源位掺杂难等问题因绕镀LPCVD设备需增加一倍设备PVD路线根据ISFH研究观点PVD钝化效果略差且实际运行中维护频率高开机率升幅1M3M12M低而PECVD路线轻微绕镀且清洗容易可原位掺杂工艺精简爆膜问题可通过电池背面微制绒解决隧穿氧化层质量对电池效率影响至关重要文机械相对收益47-6621059献数据显示从膜层密度角度看PECVD制备的氧化层密度22gcm3要机械绝对收益71135-145优于3从膜层均匀性角度看法制备的氧化层LPCVD215gcmPECVD光伏设备相对收益-265-2221355粗糙度138nm与LPCVD制备的氧化层粗糙度136nm相当光伏设备绝对收益-026-14242346从经济性角度看PECVD路线设备投资成本低产能大维护成本低开机率高根据皇氏集团机构调研纪录表1PE路线比LP路线设备采购成本少2PE路线工艺时间短单台设备产能大设备机台数量少省空间分析师刘荆设备好布局3维护成本对比LP路线石英管寿命平均56天石英舟寿SAC执业证书编号S0910520020001命60天石英件消耗162万台年PE路线石英管寿命1-2年只有正常的liujing1huajinsccn石墨舟消耗LP设备的石英件消耗比PE设备费用预计多出3530万年5GW何海霞计4设备人员配置上LP路线估计是PE路线的一倍以上每天在做报告联系人维护换石英管且设备利用率较低更换石英管需要3-4小时期间整台设备hehaixiahuajinsccn需停机相关报告因此我们认为工艺稳定后PECVD成为TOPCon主流工艺推动TOPCon光伏设备关注光伏电池片环节关注新技术大规模量产建议关注光伏整线设备龙头捷佳伟创公司推出PE-Poly即变革带来设备机会-行业点评202316采用PECVD路线光伏激光设备龙头帝尔激光光伏设备关注光伏电池片环节关注新技术变革带来设备机会-行业点评202316风险提示光伏新增装机容量不及预期市场竞争加剧风险电池技术迭代对设备影响的风险设备技术研发风险httpwwwhuajinsccn131请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析内容目录一行业转型PERC电池到TOPCon电池道易且近4二TOPCon优势明显电池效率高温度系数低光衰减小等6三从技术角度看PECVD有望从LPPEPVD路线之争中胜出9一制备多晶硅层LPCVD工艺成熟PECVD综合性能最佳101LPCVD成熟度最高但有绕镀原位掺杂难等难题112PECVD成熟度次之但轻微绕镀原位掺杂等优点突出153PVD为物理反应过程无绕镀但设备Uptime略低17二LPCVDPECVD法制备隧穿层SiO2膜膜层致密度相当18三总结TOPCon的工艺路线PECVD有望成为主流19四TOPCon各环节竞争格局及价值量拆分22四TOPCon路线设备布局厂商产能统计25五投资建议27一捷佳伟创27二帝尔激光28六风险提示29图表目录图1TOPCon电池结构图4图2PERC电池结构图4图3TOPCon电池膜层示意图4图4PERC电池膜层示意图4图5TOPCon电池隧穿层能阻挡空穴通过而允许电子通过5图6根据ISFH计算单面TOPCon电池理论极限效率为2716图7目前TOPCon实验室最高转换效率已达到26407图8晶科N型TOPCon组件双面率达857图930年N型TOPCon组件效率不低于出厂效率8747图10温度系数越高功率损失越多8图11N型组件实时工作温度较P型组件低8图12N型组件弱光效应更好8图13TOPCon工艺与PERC工艺兼容性较高TOPCon以离子注入工艺路线为例9图14TOPCon产业化面临的主要技术问题10图15制备多晶硅掺杂膜LPCVDPECVDPVD工艺对比10图16对于多晶硅膜沉积LPCVDPECVDPVD三条路线对比11图17LPCVD法可实现制备氧化层本征多晶硅层二合一11图18LPCVD设备示意图11图19LPCVD绕镀现象左侧为本征掺杂右侧为非本征掺杂12图20湿法单面清洗示意图13图21清洗绕镀的原理是基于刻蚀剂对各膜层刻蚀速度不同13图22LPCVD原位掺杂中掺杂浓度与沉积速度成反向关系14图23LPCVD非原位掺杂磷扩散的过程14图24离子注入法及后续晶化示意图14图25PECVD设备示意图15httpwwwhuajinsccn231请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图26PECVD法制备也可能出现轻微绕镀16图27当硅片槽与硅片尺寸完美匹配时绕镀问题基本消除16图28金字塔绒面硅片表面足够粗糙时没有爆膜问题16图29PVD沉积膜原理简图17图30酸刻蚀速度对比PECVDLPCVD热氧化法18图31制备SiO2的致密度热氧法PELPALD18图32SiO2膜层均匀性对比PECVDLPCVD相当ALD与热氧法最佳19图33TOPCon电池结构中各类膜主流制备方法20图34TOPCon主要工艺路线流程LPCVDPECVDPVD21图35LPCVDPECVDPVD三条工艺路线对比22图36TOPCon路线各设备主要供应商23图37各家设备商技术路线24图38TOPCon在建产能已超过470GW26httpwwwhuajinsccn331请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析一行业转型PERC电池到TOPCon电池道易且近TOPCon电池技术是2014年由德国Fraunhofer太阳能研究所提出的一种新型钝化接触太阳能电池德国Fraunhofer研究中心在电池背面利用化学方法制备一层超薄氧化硅15nm然后再沉积一层掺杂多晶硅二者共同形成了钝化接触结构这种技术被称为隧穿氧化层钝化接触TOPCon技术图1TOPCon电池结构图图2PERC电池结构图资料来源中来股份华金证券研究所资料来源摩尔光伏华金证券研究所图3TOPCon电池膜层示意图图4PERC电池膜层示意图资料来源晶科能源华金证券研究所加框注释与PERC结构差异资料来源晶科能源华金证券研究所从电池结构正面看PERC电池从外及里依次为SiNx膜N型发射极nP型硅片基底对比TOPCon电池由外到里依次为SiNx膜Al2O3膜P型发射极pN型硅片基底区别在于新增Al2O3膜以及改成P发射极N型硅片基底从电池结构背面看PERC电池由外及里依次为SiNx膜Al2O3膜对比TOPCon电池由外至里依次为SiNx膜N型多晶硅薄膜SiO2膜区别在于去除Al2O3膜新增N型多晶硅薄膜SiO2膜httpwwwhuajinsccn431请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析各膜层的作用1正面SiNx薄膜约75nm由于SiNX富含氢原子可以在热处理过程中对表面和体内的缺陷进行化学钝化从而降低表面电子的复合同时由于SiNX的光学特性还可以实现电池正面和背面减反效果2背面SiNx薄膜为了避免后续金属化烧结过程浆料对膜层的破坏SiNX依靠其化学稳定性主要用于背部膜层的保护同时实现减反效果3Al2O35nm由于具备较高的负电荷密度可以对P型半导体如PERC电池背面和TOPCon电池的正面提供良好的场效应钝化即在近表面处增加一层具有高度稳定电荷的介质膜在表面附近造一个梯度电场减少表面电子浓度从而降低表面电子空穴的复合速率4超薄隧穿层SiO220nm及N型多晶硅薄膜100200nm两者共同形成钝化接触结构作为电池背面钝化层高掺杂的多晶硅Poly-Si层与N型硅基体之间功函数差异引起的界面处能带弯曲使电子隧穿后有足够的能级可以占据更易于隧穿而空穴占据的价带边缘处于Poly-Si的禁带不易隧穿因此超薄氧化层可允许多子电子隧穿而阻挡少子空穴透过从而使电子和空穴分离减少了复合在其上沉积一层金属作为电极就实现了无需开孔的钝化接触结构图5TOPCon电池隧穿层能阻挡空穴通过而允许电子通过资料来源Insituphosphorus-dopedpolycrystallinesiliconfilmsbylowpressurechemicalvapordepositionforcontactpassivationofsiliconsolarcellsMericFiratetal2021华金证券研究所因此TOPCon太阳电池的主要优点包括1优良的界面钝化性能2全面积收集载流子有利于提高FF3结构简单无需光刻开孔4可兼容现有产线工艺适用于企业化生产httpwwwhuajinsccn531请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析二TOPCon优势明显电池效率高温度系数低光衰减小等N型TOPCon双面电池效率可达到287提供了广阔发展空间根据ISFH计算PERC电池理论效率为245P型TOPCon电池理论效率为249P型晶硅电池转为N型晶硅电池电池效率有明显提升其中N型单面TOPCon电池理论效率为271HJT电池理论效率为285N型双面TOPCon电池理论效率则达到287图6根据ISFH计算单面TOPCon电池理论极限效率为271资料来源OnthelimitingefficiencyforsiliconheterojunctionsolarcellsWeiLongetal2021华金证券研究所实验室效率方面晶科182N型TOPCon实现264转换效率而天合光能210N型TOPCon电池转换效率达255此外隆基实现P型TOPCon电池转换效率达2519而国外实验室FrauhoferISE在面积仅4cm2的电池片上实现电池转换效率258量产效率方面规模投产企业量产效率已达到25根据各公司公告一道新能浙江衢州约6GWTOPCon产能量产效率突破252晶科浙江海宁8GW合肥一期8GW产线电池量产效率达到25以上中来股份山西太原一期4GW项目投产电池量产效率可达到248httpwwwhuajinsccn631请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图7目前TOPCon实验室最高转换效率已达到2640资料来源各公司公告中国知网基于隧穿氧化物钝化接触的高效晶体硅太阳电池的研究现状与展望任程超等2021华金证券研究所高效率之外TOPCon电池相比于PERC电池具有双面率高衰减低温度系数低弱光效应好等优势根据晶科能源产品手册P型电池双面率仅70而N型电池双面率能达到85N型高双面率能带来发电增益约203N型组件功率质保可达30年首年衰减小于1保证30年后输出功率不低于原始输出功率的8740而P型电池30年输出功率不低于原始输出功率的848两者差距26pct电池发电量受温度系数影响温度系数越高发电量越低根据实验数据相同环境下N型电池的温度更低意味着光的转换效率更高发电量损失更低N型电池弱光效应更好因为N型电池更高的内阻更长的少子寿命天然具有更优的弱光响应即相比于PERC电池N型电池在弱光环境下即可开始实现光电转换早晚发电市场延长1小时左右图8晶科N型TOPCon组件双面率达85图930年N型TOPCon组件效率不低于出厂效率874资料来源晶科能源产品手册华金证券研究所资料来源晶科能源产品手册华金证券研究所httpwwwhuajinsccn731请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图10温度系数越高功率损失越多图11N型组件实时工作温度较P型组件低资料来源晶科能源产品手册华金证券研究所资料来源晶科能源产品手册华金证券研究所图12N型组件弱光效应更好资料来源晶科能源产品手册华金证券研究所从产能投资角度看因结构相似TOPCon电池工艺路线与PERC电池有很高的兼容性大部分工序相同产线可实现升级转换主要区别集中在PN结处的磷扩散改为硼扩散SiO2薄膜及多晶硅薄膜的制备从工艺路线看PERCSE电池工艺步骤共9步TOPCon电池工艺步骤共11步新增的步骤集中在SiO2薄膜及多晶硅薄膜的制备从投资额角度看根据CPIA21年数据PERC电池单GW投资额为194亿元TOPCon电池单GW投资额为22亿元httpwwwhuajinsccn831请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图13TOPCon工艺与PERC工艺兼容性较高TOPCon以离子注入工艺路线为例资料来源ContinuouslyEvolvingTech拉普拉斯华金证券研究所蓝底表示技术设备相同三从技术角度看PECVD有望从LPPEPVD路线之争中胜出TOPCon电池工艺一般为先正面制绒硼扩再进行背面隧穿层掺杂多晶硅层制备之后再正面Al2O3膜层制备正反面SiNx膜制备最后金属化与PERC时代时工艺路线之争相似TOPCon工艺路线同样存在诸多争议与分歧整体看TOPCon工艺的核心争议在掺杂多晶硅层的制备方法上分为LPCVDPECVDPVD路线隧穿层SiO2膜的制备方法可以是LPCVDPECVDALD等方式多晶硅层制备从工序角度可分为原位掺杂非原位掺杂原位掺杂即在同一工步完成多晶硅层沉积多晶硅层磷掺杂非原位掺杂即在多晶硅层沉积后通过扩散炉或者离子注入的方法进行磷掺杂从制备方法上多晶硅层制备可分为LPCVDPECVDPVDAPCVD等httpwwwhuajinsccn931请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图14TOPCon产业化面临的主要技术问题资料来源SiliconbasedpassivatingcontactsTheTOPConrouteGLUNZetal2021华金证券研究所一制备多晶硅层LPCVD工艺成熟PECVD综合性能最佳对于掺杂硅层一般有三种制备方法其中有两种属于化学气相沉积chemicalvapordepositionCVD方法低压化学气相沉积lowpressurechemicalvapordepositionLPCVD法和PECVD法还有一种溅射法是属于物理气相沉积physicalvapordepositionPVD方法1LPCVD法主要应用硅烷SiH4的热分解来完成反应温度约6002PECVD法硅烷SiH4在电离下分解生产Si反应温度较低400以下压力仅100Pa3PVD法物理过程反应温度在室温到500之间图15制备多晶硅掺杂膜LPCVDPECVDPVD工艺对比资料来源基于隧穿氧化物钝化接触的高效晶体硅太阳电池的研究现状与展望任程超等2021华金证券研究所LPCVD技术最成熟PECVD技术综合性能最强从工业技术成熟度看LPCVD技术最成熟无论是量产设备成熟度还是实验室验证程度上看LPCVD技术相比其他两条路线更为成熟而PECVD技术仅次于其后从单面沉积角度看LPCVD沉积技术是无方向性的导致严重绕镀而PVD技术可实现单面沉积无绕镀现象从原位掺杂角度看PECVD最适合原位掺杂而LPCVDPVD技术原位掺杂能力较弱即掺杂难度大或者掺杂后浓度不达标httpwwwhuajinsccn1031请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图16对于多晶硅膜沉积LPCVDPECVDPVD三条路线对比资料来源TOPCon-TechnologyOptionsforcostefficiencyindustrialmanufacturingBishalKafleetal2021华金证券研究所1LPCVD成熟度最高但有绕镀原位掺杂难等难题LPCVD能同时实现氧化层本征非晶硅层工业应用技术非常成熟LPCVD法均适用于氧化层SiO2本征非晶硅层的制备且两者反应温度相近均在600左右以LPCVD法制备氧化层SiO2以及本征非晶硅层a-Si工艺为例实践中仅需要在两者反应中间加入N2清洗捡漏抽真空等操作即可在同一工步完成SiO2本征非晶硅膜的制备图17LPCVD法可实现制备氧化层本征多晶硅层二合一图18LPCVD设备示意图资料来源TOPCon生产用LPCVD尾排设计王杨阳2021华金证资料来源AnalysisofMulticomponentLPCVDProcessesKarlF券研究所Roenigketal1985华金证券研究所LPCVD沉积膜不具备方向性因电池片立于石英舟之上氧化层及本征多晶硅层也同样会附着在电池片的侧面及正面形成包裹即绕镀现象多余的隧穿层掺杂多晶硅层必须被去除因此后续需要引入去绕镀工艺但LPCVD绕镀成为痛点的根本原因在于去绕镀较难控制影响电池良率httpwwwhuajinsccn1131请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图19LPCVD绕镀现象左侧为本征掺杂右侧为非本征掺杂资料来源AtmosphericPressureDryEtchingofPolysiliconLayersforHighlyReverseBiasStableTOPConBishalKafleetal2021华金证券研究所LPCVD问题之一清洗绕镀可能导致去除不完全或者掺杂多晶硅层遭刻蚀影响电池效率LPCVD法制备隧穿氧化层及掺杂多晶硅层一般在磷掺杂后再进行清洗绕镀LPCVD去绕镀的典型工艺流程1HF酸单面清洗去除绕镀区域内的磷硅玻璃PSG即正面侧面2KOH碱液双面清洗去除绕镀区域内的掺杂多晶硅即正面侧面背面PSG层起到保护隧穿氧化层及掺杂多晶硅层作用3HF酸双面清洗去除绕镀区域内的SiO2即正面侧面背面PSG去绕镀难的根本原因在第2步中KOH双面清洗去除绕镀区域多晶硅因KOH碱液刻蚀掺杂多晶硅速度604nmmin大于刻蚀磷硅玻璃PSG的速度后者为210nmmin背面磷硅玻璃PSG能保护背面掺杂多晶硅层但两者反应时间差很难有效控制实际生产中可能导致掺杂多晶硅层去除不完全或背面起保护作用的磷硅玻璃被去除导致背面掺杂多晶硅层被侵蚀影响电池效率httpwwwhuajinsccn1231请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图20湿法单面清洗示意图图21清洗绕镀的原理是基于刻蚀剂对各膜层刻蚀速度不同资料来源Integrationofinlinesingle-sidewetemitteretchinPERCcell资料来源Studyonthecleaningprocessofn-poly-SiwraparoundmanufacturingECornagliottietal2012华金证券研究所removalofTOPConsolarcellsQinqinWangetal2020华金证券研究所LPCVD问题之二LPCVD原位掺杂较难主要问题在于1难以实现大于1020cm-3高活性的掺杂浓度NDact2掺杂层沉积速度慢产量低3膜厚度不够且均匀性差LPCVD原位掺杂中掺杂浓度与膜的沉积速度是相制约的关系根据Kamins研究多晶20-3硅层中磷的活性掺杂浓度需达到10cm才能实现较低的复合电流密度J0及较低的接触电阻c而磷的活性掺杂浓度NDact与沉积速度成反向关系即随着反应温度升高膜的沉积速度增大而磷的活性掺杂浓度降低根本原因在于当反应温度越高时硅烷SiH4分解速度越快而PH3从膜表面的解析速度越快两者共同作用下则生成的掺杂层中磷的活性掺杂浓度NDact越低LPCVD本征掺杂多晶硅工艺膜均匀性差根据WaqarAhmed研究LPCVD制备掺杂多晶硅层均匀性在-40远不及制备本征非晶硅层的均匀性LPCVD制备掺杂多晶硅层时沉积过程不受晶片表面上化学反应动力学的限制而是受反应物向表面传输的限制时导致膜层均匀性大大下降硅片表面的反应物浓度差异导致膜层均匀性问题根据WaqarAhmed可以通过定制硅片的反应舱室去制备掺杂多晶硅层但该定制化方法完全不能适用于量产httpwwwhuajinsccn1331请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图22LPCVD原位掺杂中掺杂浓度与沉积速度成反向关系图23LPCVD非原位掺杂磷扩散的过程资料来源Insituphosphorus-dopedpolycrystallinesiliconfilmsbylow资料来源Developmentofultra-thindopedpoly-SiviaLPCVDandex-situpressurechemicalvapordepositionforcontactpassivationofsiliconsolartubediffusionforpassivatedcontactsolarcellapplicationsXiaYanetalcellsMericFiratetal2022华金证券研究所2020华金证券研究所因此LPCVD一般采用先沉积本征多晶硅层再通过磷扩散或者离子注入的方式进行多晶硅层的磷掺杂磷扩散的方法是以POCl3为气源在700-850温度下实现分解形成PSG再在850-900N2环境下中保持30分钟完成磷原子扩散多晶硅层在高温扩散炉中能同步实现多晶硅的晶化处理形成原子的规则排列不需要后续退火工步离子注入技术指真空中一束离子束射向一块固体材料受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低并最终停留在固体材料中的现象实际运用中采用等离子辅助法以PH3为气源经过电离实现P原子注入多晶硅层需要加入退火的工艺进行多晶硅的晶化处理图24离子注入法及后续晶化示意图资料来源Ion-implantationandphotovoltaicsefficiencyAreviewMandeepKauretal2022华金证券研究所LPCVD问题之三LPCVD石英管出现炸裂需要每15天清洗维护一次在淀积过程中石英管和石英舟都会淀积上一层薄膜随着工艺生产的增多这些薄膜越来越厚当其达到一定厚度时便会出现硅裂现象从而导致淀积薄膜中出现颗粒物或使石英管某端出现一定程度的下沉造成淀积的膜厚出现不均匀现象因此必须定期清洗石英管通常用两套石英管和石英舟轮换使用以缩短维护时间LPCVD石英管清洗方法把反应管从设备上卸下来采用HF酸或HF酸加HNO3腐蚀还要用大量去离子水冲洗然后烘干过程负杂并且反应管较长一般都长达15-25米在清洗或装卸过程中稍不注意就易损坏根据拉普拉斯数httpwwwhuajinsccn1431请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析据石英舟清洗周期为15天且石英管寿命4-12个月现阶段需要每年更换炉管2-3次石英件成本在200万GW2PECVD成熟度次之但轻微绕镀原位掺杂等优点突出PECVD设备的工作原理等离子增强化学气相沉积PECVD利用射频频率为1356MHz的辉光放电装置中产生的热电子正离子的能量使高纯SiH4气体分解生成硅原子氢原子或原子团如果是原位掺杂的情景下则需加入磷烷PH3同时反应图25PECVD设备示意图资料来源PECVD法制备SiO2膜均匀性研究龙长林等2021华金证券研究所PECVD镀膜也会产生轻微绕镀问题但清洗绕镀容易根据PECVD沉积膜原理硅片置于基片台上侧边也暴露在反应气体内因此PECVD法制备多晶硅薄膜也会出现轻微绕镀现象但仅在侧边及硅片正面边缘处根据Fraunhofer研究所StefanWGlunz研究当采用凹槽设计基片台且凹槽尺寸与硅片尺寸完美匹配时绕镀现象即可消除实际生产中侧边及正面绕镀的轻微掺杂多晶硅可用KOH碱液去除因为KOH碱液对掺杂多晶硅层的刻蚀速度约604nmmin远大于对BSG硼硅玻璃的刻蚀速度后者约114nmmin因此采用KOH碱液单面清洗去除掺杂多晶硅层时KOH碱液对BSG的刻蚀可以忽略BSG硼硅玻璃可对p发射极起保护作用剩余的BSG硼硅玻璃及绕镀的SiO2层可用HF酸双面清洗去除httpwwwhuajinsccn1531请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图26PECVD法制备也可能出现轻微绕镀图27当硅片槽与硅片尺寸完美匹配时绕镀问题基本消除资料来源Silicon-basedpassivatingcontactsTheTOPConroute资料来源Silicon-basedpassivatingcontactsTheTOPConrouteGLUNZetal2021华金证券研究所GLUNZetal2021华金证券研究所PECVD爆膜问题可以通过背面微制绒效果解决PECVD镀膜温度约200镀膜后需高温退火退火温度在600850高温退火过程中多晶硅层富含H原子浓度达到2022-31010cm高温退火会出现H原子渗出富集在多晶硅层与SiO2界面处即爆膜现象爆膜可能导致膜层不均匀横向传输通道增加甚至膜层脱落严重影响电池效率根据SungjinChoi研究爆膜现象与硅片表面粗糙度直接相关粗糙度越大表面黏附力越大爆膜概率越低当采用光滑硅片碱刻蚀后的硅片金字塔绒面的硅片实验时相同条件下碱刻蚀的硅片爆膜现象明显改善而金字塔绒面的硅片则完全没有爆膜问题因此实际生产中可以在硅片正面制绒的同时将电池背面进行微制绒实现不增加工艺步骤而解决PECVD的爆膜问题图28金字塔绒面硅片表面足够粗糙时没有爆膜问题资料来源Formationandsuppressionofhydrogenblistersintunnellingoxidepassivatingcontactforcrystallinesiliconsolarhttpwwwhuajinsccn1631请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析cellsSungjinChoietal2020华金证券研究所3PVD为物理反应过程无绕镀但设备Uptime略低PVD原理磁控溅射为外加电场和磁场同时作用电场产生的电场力给电子加速同时磁场的洛伦兹力对其有束缚使电子由单一电场作用的直线运动变成复合场的摆线运动可以大幅提高氩原子的电离效果电子与氩原子发生碰撞后生成Ar和二次电子Ar获得电子的大部分能量后且在电场作用下获得更高速度轰击靶材表面使靶材表面原子或分子脱离原晶格溅射出靶材表面而沉积到基片上图29PVD沉积膜原理简图资料来源a-SiHc-Si异质结太阳电池ITO薄膜研究-屈庆源屈庆源2021华金证券研究所PVD技术的优点明显1没有绕镀问题因为硅片置于硅片槽内侧面不接触反应气体2原材料硅基靶材便宜3不使用危险气体如硅烷SiH4磷烷PH3等4反应温度更低甚至在室温下反应5可有效控制沉积膜层内H2含量PVD技术目前的缺点1投资成本大2占地面积大3板式PVD设备uptime低根据拉普拉斯数据板式PVD设备保养周期30天保养时间2天换靶材需要3天httpwwwhuajinsccn1731请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析二LPCVDPECVD法制备隧穿层SiO2膜膜层致密度相当光伏领域最主要的隧穿层制备方法1LPCVD也属于热氧法其反应原理反应条件不同高温热氧法是指900环境下Si直接被氧化成SiO2而LPCVD法是指硅烷SiH4与氧气O2约450-600高温下反应生成SiO22等离子体辅助N2O氧化法PECVD在PECVD中等离子体电子的能量驱动下N2O笑气会发生电离或分解作用进而产生的游离O作用在硅片表面发生氧化反应3ALD法也被用来制备SiO2反应机理氯化硅Si2Cl6在O3O2的环境下反应生成SiO2图30酸刻蚀速度对比PECVDLPCVD热氧化法图31制备SiO2的致密度热氧法PELPALD资料来源Ozonebasedhigh-temperatureatomiclayerdepositionofSiO2资料来源Ozonebasedhigh-temperatureatomiclayerdepositionofSiO2thinfilmsSuMinHwangetal2020JpnJApplPhys华金证券研究thinfilmsSuMinHwangetal2020JpnJApplPhys华金证券研究所所SiO2膜层制备更看重膜层质量工艺精度要求高掺杂多晶硅膜厚更高100-200nm在电池中起到弯曲能带作用而SiO2层膜层厚度约2nm且要起到隧穿作用阻隔空穴通过电子因此掺杂多晶硅层制备对工艺精度要求不高更看重工艺精简工艺产能大维护成本低而SiO2的致密性直接影响隧穿效果影响电池效率因此更看重SiO2膜层质量当SiO2膜层致密性较差时即膜层孔隙较大阻挡空穴通过的能力低隧穿效果大大降低LPCVDPECVDALD路线制备的SiO2膜层质量对比从膜层致密度角度看PECVDLPCVDALD根据SuMinHwang的实验结果相同实验条件下PECVD制备的33SiO2膜层密度为22gcmLPCVD制备的SiO2膜层密度为215gcm不及PECVDALD3制备的SiO2膜层密度与温度影响大在600时制备的SiO2膜层密度为215gcm与LPCVD相当与之相对应从酸刻蚀速度看LPCVDPECVD热氧化法从膜层均匀性角度看ALDPECVDLPCVD从膜层均匀性角度看ALD法属原子沉积法膜层由原子沉积一层一层生长的因此ALD制备的SiO2膜层均匀性最好膜层粗糙度仅012018nm而LPCVDPECVD制备的SiO2膜层粗糙度分别为136nm138nmhttpwwwhuajinsccn1831请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图32SiO2膜层均匀性对比PECVDLPCVD相当ALD与热氧法最佳资料来源中国知网Ozonebasedhigh-temperatureatomiclayerdepositionofSiO2thinfilmsSuMinHwangetal2020JpnJApplPhys华金证券研究所三总结TOPCon的工艺路线PECVD有望成为主流综上TOPCon电池各膜层制备方法对于正面Al2O3膜层主要的制备方法为PECVDALD实际生产中ALD制备Al2O3膜层致密性均匀性最好为最佳制备方法代表企业是江苏微导理想松煜正反面SiNx膜的制备方法工艺成熟实际生产中主要是用PECVD法代表企业捷佳伟创北方华创红太阳等对于TOPCon背面SiO2膜层LPCVDPECVDALD均可实现而掺杂多晶硅层的制备方法PECVD可以容易实现原位掺杂绕镀爆膜等问题有有效解决途径并且维护成本低而LPCVD法虽然工业应用成熟但清洗绕镀可能导致电池损伤非原位掺杂工艺流程不符合精益生产要求石英管炸裂等导致维护成本较高httpwwwhuajinsccn1931请务必阅读正文之后的免责条款部分行业深度分析图33TOPCon电池结构中各类膜主流制备方法资料来源江苏微导招股书TOPCon生产用LPCVD尾排设计王杨阳2021华金证券研究所相对应TOPCon主要工艺路线有4条以多晶硅制备方法分为LPCVDPECVDPVDLPCVD路线中主要采取非原位掺杂的方法其中磷掺杂方式包括磷扩离子注入PECVD路线中SiO2掺杂多晶硅层均由PECVD设备完成在PVD路线中SiO2层由PECVD完成掺杂多晶硅层由PVD完成LPCVD离子注入路线PECVDPVD路线均需采用退火完成晶化处理除了主流的三大工艺路线外江苏微导提出PEALD设备用于制备隧穿层SiO2和掺杂多晶硅层公司开发的PEALD二合一平台集成了PEALD和PECVD两种工艺分别用于制备隧穿层SiO2和多晶硅层能够弥补LPCVD技术存在的不足httpwwwhuajinsccn2031请务必阅读正文之后的免责条款部分