光伏电池的多种技术路线.docx

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1、光伏电池的多种技术路线提效降本是光伏行业发展的核心驱动和永恒话题。在产业链众多环节中，电池是技术进步的核心，决定了光伏产品的效率极限。历史上，单晶PERC路线作为重要转折，为光伏发电实现平价上网做出了重要贡献,但随着其量产性能逐步达到极限（转换效率达23.3-23.5%,非硅成本0.15元/W左右），行业亟需发展更具升级潜力的新型电池路线。2022年以来，TOPCon、HJT、XBC等N型电池技术带动新一轮扩产周期，影响着行业格局的演变。本章从光伏电池的工作原理入手,通过复盘技术发展历程及电池技术差异，明确光伏电池提效的思路与路径，为后续工艺成本分析及趋势展望打下基础。一、光伏电池技术（一）光

2、伏电池技术概览光伏电池的工作原理是半导体的光生伏特效应，由法国科学家EdmontBecquerel于1839年首次发现。在光照条件下，能量大于半导体禁带宽度的光子被半导体吸收，激发半导体价带内被束缚的电子穿过禁带到达导带成为自由电子，在价带内留下空穴，形成电子-空穴对（自由电子和自由空穴统称为载流子），在由P型和N型半导体构成的内建电场作用下，电子和空穴按照特定方向移动，从而产生电流。图表1光生伏特效应示意图N型半导体P型半导体电子空穴资料来源:平安辕行由于半导体材料的禁带宽度从相反方向决定电池的短路电流和开路电压（短路电流随禁带宽度减小而增大，开路电压随禁带宽度减小而降低），因此研究认为适用

3、于制作光伏电池的半导体材料应在禁带宽度LIT6ev范围内，由此形成了晶硅太阳能电池、无机薄膜太阳能电池和以钙钛矿为代表的新型太阳能电池三代技术路线。当前全球光伏市场以技术更成熟的晶硅电池占据主导地位，据CPIA统计,2021年全球晶硅电池市占率约96.2%o图表2三代太阳能电池技术第一代：乩硅大和能电池第三代：有机及新型太阳能电池理论效率极限：29.4%实脸室最高效率：26.8%量产成本目标：0.M元/4理论放率极限：32.1%实脸室最高效率：22.1%步产成本目标：1.4元/W理论效率极限：33%实脸宜敢高放率：25.7%量产成本R标：0.68元/*备注：效率及成本数据均居于单结电池（区别于

4、叠层），量产成本目标指组件成本。资料来源:科汇无伏,平安很行晶硅材料的禁带宽度为L12ev,室温下能够吸收的光子能量占比约49%,同时由于禁带电势差与电池开路电压的差异，能够有效输出的电能占比约60%,因此，常温下硅基光伏单结电池的效率极限约为29.4%o理论上，半导体的最佳带隙宽度应1.4ev,此时电池的理论极限效率可达33.7%；钙钛矿材料的带隙宽度区间正好包含了最佳带隙宽度，硅化镉等薄膜电池材料的禁带宽度相较硅材料也更接近最佳带隙宽度，因此第二代、第三代电池技术相比第一代晶硅电池具有更高的理论极限效率。此外，将不同半导体材料叠加制作叠层电池，可以扩大光子能量的吸收范围，使电池的理论极限效

5、率进一步提升至40%以上，是光伏电池技术未来重要的发展方向。本报告主要围绕当前主流的晶硅电池技术展开。图表3不同半导体材料光伏电池的理论转换效率33.7%M伏材料(-Si)情化偏(CdTc)耳化惊(GaAs)对应波长(nm)理论极限效率帝佛宽度(CV)1.01.11.21.31.41.51.61.71.8费料来源:)f七,平安银行尽管晶硅电池的理论极限效率仅有29.4%,但由于现实中能量损失的存在，目前光伏电池达到的实验室最高效率约26.8%,量产最高效率约26%左右，距离极限效率仍有一定的提升空间。具体而言，能量损失包括光学损失和电学损失两类：光学损失是指由于光子能量不能被硅基体吸收而造成的

6、损失，发生原因包括表面反射、长波投射或电极栅线遮挡等；电学损失又可分为复合损失和欧姆损失(电阻损失)，前者是指由于电子和空穴在形成电流前发生了相互复合，使得电流降低而造成的损失，后者是指在电流传输过程中因电阻存在而造成的损失。光伏电池技术发展的核心正在于通过电池结构和材料的优化，使光学损失和电学损失降到最低。图表4光伏电池的效率损失类型与升级思路光学损失电学损失复合损失欧姆损失IIIJl个Jij表面栅线f1a1发射区m1jf选择发射极（SE）太阳电池黄科来源:中科院电工所,平安根行随着PERC电池技术的效率提升及量产工艺的逐步成熟，PERC电池市占率从2017年开始大约以每年20%左右的速度提

7、升，直到2019图表10PERC电池市占率水平变化PERCrBSF其他年实现对BSF电池的反超，2021年市占率达到91%左右。资料来源:CPIA,平安抿行在同时期，光伏电池还经历了单晶与多晶的硅片材料之争。与多晶硅片相比，单晶硅片具有完整的晶格排列，内部缺陷和杂质更少,在电学性能、转换效率等方面都更具优势。自2015年下半年行业逐步攻克单晶组件CTM、光衰等问题后，终端单晶渗透率进入稳步上行通道。2019年，单晶组件市占率首次过半达到60%,2020年进一步提升至86.9%,基本成为市场主流；与此同时，多晶组件开始退出市场，2021年基本停止销售和公开报价。图表11单晶组件终烷市占率情况单晶

8、组件多品组件资料来源:CPIA.平安银行2、从P型硅片到N型硅片在硅片中掺入杂质可以制成P型硅片或N型硅片，二者主要的区别在于掺杂的元素不同：P型硅片中主要掺入硼或专家，少子为电子;N型硅片中主要掺入磷，少子为空穴。与P型硅片相比，以N型硅片为基底的太阳电池在性能方面有诸多优势，包括更高的少子寿命和杂质容忍度、无光致衰减现象、更低的温度系数等。图表12P型与N型硅片对比项目P型硅片N型硅片掺杂类型硼磷掺杂物粉凝系数0.80.35典型CZ单晶少子寿命20-30s100-1000s发射区制备磷扩散，容易硼扩散，难功率衰减（硼氧.复合体）大，在眼区小,在发射区成本较低同等尺寸厚度下，较P型高8%左右

9、点朴来源：中国新能源网,平安银行P、N型硅片的性能差异主要是由于，金属杂质Fe、Cu、Ni等一般带正电荷，对电子的捕获能力更强，P型硅片中少子为电子，N型硅片中少子为空穴，因此P型硅片相对N型硅片的抗污特性更弱，在相同杂质金属的情况下，N型硅片的少子寿命明显高于P型硅片（研究表明相同电阻率的N型硅片的少子寿命比P型硅片高出1-2个数量级）；材料的少子寿命越高，光电转换效率越高，因此N型硅片具有更高的转换效率。除此之外，由于硅片中的硼元素在光照或者电流的注入下，会与氧形成存在没有饱和化学键的硼氧复合体，该复合体会捕捉光照产生的载流子，降低少子寿命，造成光致衰减（Ln）现象。目前产业界缓解P型硅片

10、光衰的主要思路在于降低硼或氧含量，具体方法是使用高纯川锅进行单晶生长，或是使用硼钱共掺降低硼含量，但是前者会增加硅片成本，后者会降低电池效率；而N型硅片由于硼含量极低,本身就可以有效减少光衰效应的发生。资料来源:孚尔光伏,、里高奴单晶技术发版现状过去由于工艺技术不成熟且成本较高，N型硅片的发展受到了限制。但是随着以N型硅片为衬底的新一代电池技术TOPCon和HJT的发展，以及硅片工艺本身的持续进步，N型硅片的市场份额有望持续提升，并逐步实现对P型硅片的替代。3、N型电池技术：ToPCOn与HJT(1) TOPCon电池TOPCon(TunnelOxidePassivatedContact)中文

11、全称隧穿氧化层钝化接触技术，最早于2013年第28届欧洲PVSEC光伏大会上由德国太阳能研究所Fraunhofer提出，该所于2017年在4cm2的电池片上取得25.8%的实验室效率记录。根据JanSchmidt等人2018年建立的理论模型，TOPCon电池的理论极限效率可达28.7%。TOPCon电池的最大特征在于采用隧穿氧化硅层+掺杂多晶硅层的钝化接触技术。所谓钝化接触是指，采用超薄介质薄膜将金属电极与半导体隔离，在钝化硅片表面的同时实现载流子隧穿，从而有效降低因金属电极与硅片直接接触造成的复合损失，同时起到“钝化”与“接触”的效果。在TOPeon电池的钝化接触结构中，氧化硅层(Si02)

12、主要起钝化和隧穿作用；掺杂多晶硅层(poly-Si)一方面可以与N型硅片基底形成N+/N的高低结结构，减少硅基体界面处的复合损失，另一方面也可以为载流子提供良好的传导性能。除此之外，TOPCon与PERC电池的主要区别还体现为：(1)由于TOPCon电池以N型硅片为衬底，因此PN结的形成方式由PERC电池的磷掺杂改为硼掺杂；(2)由于硼掺杂浓度较低，造成前表面发射极区域的电阻较大，因此电池采用银铝浆制备前表面的金属细栅,使其中的铝原子在烧结环节进入发射区形成P+区域，与硅片本身的P型区域构成高低结，从而起到降低电阻的作用；（3）由于背面的钝化接触结构解决了载流子的传导问题，金属电极不再需要与硅

13、基体接触，因此相较PERC电池省去了制备铝背场+激光开槽的环节；（4）TOPCon电池沿用了PERC电池的钝化膜和减反层结构（氧化铝+氮化硅），但位置由背面移到了前表面。（场反层）普科来源:平安银行目前已量产的TOPCOn电池仅在背面采取了钝化接触结构，前表面仍然沿用了PERC电池氧化铝+氮化硅的钝化结构，造成一定程度的效率损失。事实上，TOPCon电池要实现28.7%的理论极限效率需要完成双面钝化接触结构，仅背面采用钝化接触结构的理论极限效率值约为27.l%o目前国内厂商取得的TOPCon最高实验室效率记录来自中来股份,其于今年4月在MlO尺寸N型电池上获得26.7%的转换效率，打破了晶科能

14、源于2022年12月在182N型电池上实现的26.4%的效率记录。此外，较早涉足ToPCOn技术研究的国内头部厂商还包括天合光能、阿特斯、隆基绿能等。研发机构转换效率电池面积(c11)时间电池类型技术路线中来股份26.70%/2023/4/10MlO尺寸N型P()PI1)晶科能源26.40%331.242022/12/8182N型LPCVD晶科能源26.10%331242022/10/14182N型LPCVD天合光施25.50%4412022182N型PECVD晶科能源25.41%23.5792021182N型LPCVD中来股份25.40%330.152021G12大尺寸N型POPAID隆基绿

15、能25.21%242.972021P型LPCVD曲科能源24.90%235.82021182N型LPCVD此科能源24.40%267.52020I82N型LPCVD阿特斯23.81%246.442020182N型/天合光能24.58%244.312020210N型PECVD中来股份23.19%246.212019/FrauhofcrISE23.40%2002018/FrauhoferISE25.80%42017/资料求过:公回官同.庠尔光伏,平安银行(2) HJT电池HJT(HeterojunctionwithIntrinsicThinfilm)中文全称本征薄膜异质结电池，最早是由日本三洋公司

16、的研究部门于20世纪80年代后期提出，并于1991年以Hn商标申请专利；2011年专利到期后，国内外厂商才逐步开启了有关异质结电池的实验室研究及规模化量产。2021年，隆基公司WeiLong等人根据理论模型测算HJT电池的极限效率为28.5%,与单面钝化接触结构的TOPCon电池相比具有效率优势。PERC和ToPCon电池都是在硅基体(c-Si)上通过掺杂直接形成PN结结构，即P型区域和P型区域都是在同种半导体上形成，称为同质结；而HJT电池的PN结是由N型硅片基底(C-Si)与掺杂的非晶硅薄膜(a-Si)两种半导体材料构成，因此被称作异质结电池。从电池结构来看，HJT电池以N型硅片为衬底，首

17、先在前后表面沉积本征氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜作为钝化结构；之后在前表面沉积P型掺杂的氢化非晶硅层，与硅片衬底共同构成PN结，在背面沉积N型掺杂的氢化非晶硅层，与硅片衬底共同构成高低结（N+/N）结构；由于氢化非晶硅的接触电阻较大，因此需要制备金属氧化物层作为透明导电膜（TCO层），起到促进载流子穿过和减少反射（ARC）的作用；最后在金属化环节，由于氢化非晶硅对温度的要求十分苛刻（不超过200oC）,因此HJT电池制备需采用低温路线，制备金属电极的浆料也由PERC和TOPCon的高温银浆改为低温银浆。图表17HJT电池结构资料来源:平安银钎目前国内厂商取得的HJT最高实验室效率记录来自隆基

18、绿能，其于2022年11月研发的微晶技术HJT电池转换效率达到26.81%,打破了迈为股份与sundrive于2022年9月联合开发的M6尺寸无种子层电镀HJT电池26.41%的效率记录，也创下了全球晶硅电池最高的实验室效率记录。止匕外，国内头部厂商通威股份、阿特斯、晶澳科技、天合光能等均有HJT技术储备，东方日升、华晟新能源、爱康科技、汉能集团等更是大举押注HJT电池路线。图表正-R斤电池实验室效率鼠录酝完全统相一研发机构转换效率电池面积时间隆底绿能26.81%/2022/11通威股份26.49%/迈为股份26.41%274.52022/9华茂/迈为25.54%274.52021隆县绿能25

19、26%274.52021/6东方日升24.20%244.432020资科来源:公司容网,摩尔光伏.平安银行4、平台型技术：XBC电池IBC(InterdigitatedBackContact)中文全称叉指状背接触电池，最早由Schwartz和Lammert于1975年提出，其最大特点在于将原本分布在电池前表面和背面的金属电极全部呈叉指状间隔排列在电池背面，相应地，与电极相接触的PN结的P型区、高低结的N+区域也随之一起移动到电池背面并呈叉指状排布。这样做的目的在于避免传统电池结构中正面电极栅线对入射光的遮挡，从而最大限度地利用入射光，减少光学损失；同时，由于不用再考虑遮光的问题，金属栅线可以

20、做得更宽，从而达到降低电阻的效果，PN结中掺杂区域的浓度也可以尽量降低，从而减少复合损失。为了使光生载流子在到达背面的PN结前，尽可能少的被复合掉，因此BC电池一般要求采用更高少子寿命的P型硅片或直接采用N型硅片，以保证更高的载流子收集率。图表19BC电池叉指状给构侧视围与俯视图BC电池侧视图BC电池背面俯视图资料来源:、高效更被我触大用电池工艺修究（亚勒）.&锡咨询.平安银行经典IBC电池以N型硅片为基底,在前表面进行磷掺杂形成N+/N前场区（FSF）,降低表面复合损失；背面分别通过磷掺杂和硼掺杂形成叉指状排列的P+发射极和N+背场（BSF）,其中，P+发射极与硅片基底共同构成PN结，N+背

21、场与硅片基底共同构成N+/N高低结；接着在前后表面均采用氧化硅与氮化硅叠层膜作为钝化层；最后对准电池背面的P+及N+区域分别制备正负电极。根据相关文献研究，P+发射极和N+背场的宽度以及二者之间间隔的宽度会对电池性能造成较大影响，一般而言N+背场和间隔宽度都应该尽量窄小，相应提高了制备工艺的难度。图表20经典IBC电池结构示意图资料来源:叉插背接触硅太阳也池;（张伟展等），平安低行由于IBC电池采取了与ToPeOn、HJT等完全不同的提效思路，不仅能够发挥自身的优势，还能与其他电池技术进行兼容，也被称作BC电池或XBC电池；理论上，BC结构可将电池的转换效率提升0.6-0.7%,因此作为一种具

22、备高成长潜力的平台型技术，有望成为下一代主流技术路线。具体而言：(1)与TOPCon路线结合形成TBC电池：以N型硅片为衬底，前表面通过磷掺杂形成N+前表面场，沉积氧化铝+氮化硅作为钝化层和减反层；背面沉积隧穿氧化硅层，制作间隔排列的P型掺杂多晶硅层和N型掺杂多晶硅层，最后在其上沉积氮化硅钝化层，并对准P+和N+区域开孔并制作正负电极;隆基公司以P型硅片为基底研发的HPBC电池，在结构上吸收了IBC、PERC与TOPCon电池的特征，与TBC电池类似，主要区别在于将前表面的磷掺杂改为硼掺杂。(2)与HJT路线结合形成HBC电池：以N型硅片为衬底，在前表面沉积氢化非晶硅薄膜作为钝化层，采用氮化硅

23、减反层取代透明导电膜；在背面沉积氢化非晶硅薄膜作为钝化层，制作间隔排列的P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层，最后在其上沉积透明导电薄膜,并对准P+和N+区域制作正负电极。图;ft.21TBC（左）与HBC（右）电池结构示意图资料米源:、“：太加电池的研究进展”（席珍珍等）,平安银ff美国公司Sunpower是IBC电池的领军者和开拓者，其在2015年推出的第三代IBC电池已经可以实现25%的量产效率，分拆子公司MaXeon拟推出的第七代产品，结合了TOPCon电池的钝化接触结构,量产效率预计可达26%以上，相较同时期主流的PERC电池领先2-3个百分点，较ToPCOn、HJT等N型电池技术也高

24、出1个百分点左右。目前BC电池实验室效率最高记录为日本公司Kaneka于2017年采用HBC路线取得的26.7%；国内厂商方面，隆基绿能及爱旭股份均已实现量产，隆基绿能HPBe产品量产效率可达25.3%,爱旭股份ABC产品（路线暂未公开）量产效率可达26.5吼除了在效率方面的优势，BC电池由于正面完全没有栅线遮挡，外形更加美观，若将电池边框也改为黑色材料，可得到全黑组件产品。但是，背面栅线的结构也一定程度上使BC电池牺牲了部分的双面性,无法达到与双面电池同等的吸收地面反射光并增加发电量的效果。研发机构转换效率时间技术路线Kaneka26.63%2017HBCKaneka26.30%2016HB

25、CISFH26.10%2018TBCSunpowcr25.20%2016IBC天合光能25.00%2019TBCISFH23.90%2016TBC资料来源:中料应宁波材料所,普乐新能源,平安掇行二、光伏电池生产工艺与成本分析尽管光伏电池的技术路线不断迭代，但基于晶硅电池的基本原理、核心结构以及主要工序并未改变。而随着不同路线在材料选择、结构排布等方面出现差异，电池制备环节的工艺与设备选择在不断发生变化。电池厂商及设备制造商通过不断优化产线设计，实现良率提升、成本下降的目标。本章首先从光伏电池生产的核心环节（清洗制绒、扩散制结、沉积镀膜、金属化）入手，厘清各环节的制作原理及主流工艺设备，之后从T

26、oPCOn、HJT及XBC电池角度，分别梳理各自路线的主要工艺环节及电池生产成本，由此形成不同电池技术的成本比较框架与趋势判断，为后续分析电池厂商量产策略及盈利情况建立基础。（一）核心工艺与技术路线差异1、清洗制绒清洗制绒是所有电池制备路线中的第一道工序：清洗是指以碱液去除硅片在切割过程中表面产生的大量油污、金属污染和机械损伤等,从而最大限度降低杂质对电池良率的影响，在后续的刻蚀、沉积等环节也频繁涉及；制绒是指利用单晶硅片不同晶向上腐蚀速率不同的原理，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，在表面形成起伏不平的倒金字塔绒面结构，从而起到增加硅片表面积、减少反射损失的作用。目前主流的工艺路线为湿法

27、工艺，即利用溶液、酸碱、表面活性剂等，通过腐蚀、溶解、化学反应等方法，使硅片表面的杂质与溶剂生成可溶性物质、气体或直接脱落。清洗设备以单片清洗设备和槽式清洗设备为主。对于PERC与TOPCon电池路线而言，清洗制绒环节无明显区别；但由于HJT电池采用低温生产工艺，因此在工艺方面存在差异，需要重新采购清洗设备。全球半导体清洗设备高度集中于日本企业，国内厂商虽然起步较晚，但追赶势头强劲，目前已基本实现国产化，主流设备商包括捷佳伟创、北方华创等。图表23湿法清洗设备内外部示意图资料来源:平安推行2、扩散制结扩散制结是指通过高温化学热扩散原理制备PN结与高低结的过程，反应的实质在于向P型硅片或N型硅片

28、中掺入杂质元素，使杂质穿过硅基底的晶格结构，从而形成更高的空穴或电子浓度，由浓度差形成内建电场。P型硅片本身空穴浓度高，制结过程采用磷掺杂；N型硅片本身电子浓度高，制结过程采用硼掺杂。项目P型磷扩N型硼扩杂质源poo,常温下为液态BCI3,常温下为气态（安全性相对较差）推进温度800-880CI860C（硼原子在硅基体中的固溶度较低）原理Stcpl：5POCh-3PCl5+P2O5Stcp2:4POC1j3O22P2O5+6C12Step3:4PC15+5O22PO5+IOCI2Step4:2P2Os+5Si5SiO2+4P磷原子向硅中扩散Stepl：4BCh+3O2-2B2O+6CI,Ste

29、p2:2BC1l2B+302Stcp3:Si+O2SiO2Step4:2B2O3+3Si3SiO2+4B硼原子向硅中扩散清洗要求磷硅玻璃层（PSG）易去除容易造成硼堆积（富硼层，BRl.）,且硼硅玻璃层（BSG）难去除资料来源:Qb体硅太阳电池生产工艺（&艳），平安银行PERC与TOPCon电池的制结过程主要采用热扩散法，使用的设备为低压管式扩散炉；HJT电池由于采用异质PN结结构，掺杂环节内嵌于下一节介绍的薄膜沉积过程当中，主要通过离子注入、气相沉积等方式完成。在PERC电池路线阶段，国内磷扩散设备已经完全实现国产化，并发展出适用于大硅片、大产能的设备型号；同时为了解决热场、气场均匀性问题，

30、掺杂工艺在硅片放置方面逐步形成水平、垂直、类PE型垂直等多种模式。由于硼扩散较磷扩散的难度更高，因此TOPCon路线掺杂环节对工艺设备的要求更高，主要表现为更高的均匀性要求、更高的扩散温度（通常需要1000C以上）及更长的扩散时间（成膜时间通常需达到240min）等，进而提高了TOPCon电池在扩散制结环节所需的设备与生产成本。掺杂的原理是热扩散，除了低压管式扩散炉外，还可以采用激光设备进行局部加热完成，目前主要应用在选择性发射极（SE）的制备中。激光具有精准加热特性，通过对硼或磷在硅片表面形成的硼硅玻璃（BSG）磷硅玻璃（PSG）进行线性加热，可使电极接触位置的硼原子或磷原子向硅基体扩散，形

31、成局部高浓度掺杂。基于硼扩自身的技术难度，在硼扩的基础上作出SE相较磷扩SE难度更大，目前头部设备公司已有成功经验，并向电池产线批量导入，部分厂商处于客户验证阶段。最后，硅片表面的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层对后续工艺会产生不良影响，且可能导致PN结漏电，因此在掺杂完成后需要使用化学试剂对其进行刻蚀清洗。图袅26主要激光设备公司TOPCOn电池SE研发进展公司进及海目星与品科能源合作，率先取得TOPCon.池SE环节突破，2022年4月获得品科能源1067亿元中标通知，产品为TOPC（n激光微损设备。帝尔激光公司一次掺杂方案在5-6家客户处脸证，可稳定提升效率0.2%-0.3%,预计年底前实现量产订

32、单。英诺激光基于在PI-RC电池领域的经脸积累，2022年11月推出定制激光器及ToPCon激光SE直掺设备。杰普特2022年10月实现ToPCen激光一次硼扩SE激光光源研发并完成交付。大族激光公司研发项目TOPCon激光掺硼设备处于客户验证阶段。资料来源:台公4公平安银行3、沉积镀膜沉积镀膜是指电池结构中各种薄膜层的制备，如PERC电池中的氧化铝与氮化硅膜，TOPCon电池中的隧穿氧化硅及掺杂多晶硅层，以及HJT电池中的氢化非晶硅层和透明导电层等，是光伏电池制备的核心环节。沉积镀膜工艺主要在真空气相中进行，按照原理不同可大致分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（A

33、LD）；其中，物理气相沉积是指将材料源直接气化为原子、分子或离子状态，通过低压过程沉积在基体表面；化学气相沉积是指通过化学反应过程,在基体表面生成沉积物；原子层沉积是指将物质以单原子层形式一层一层地沉积在基底表面。根据工艺环境、操作原理等方面的不同，三种模式还可以进一步细分为不同的工艺路线。项目PVD技术CvD技术ALD技术定义指采用物理方法将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能薄膜的技术。指在加热、等离子或光辅射作用下，使气态或蒸汽状态的化学物质，在层体界面上通过化学反应形成固态沉积物的技术。指将物质以

34、单原子层形式一层一层沉积在层底表面的技术，每镀膜一次为一个原子层，根据原子特性，镀膜IO次膜厚度约为Inm0细分类型真空蒸发镀膜技术、真空液射皴膜技术、真空离子镀膜技术低压型技术（LPCVD）,常压型技术（APCVD）,金属有机化合物型（MOCVD）、等离子增强型（PECVD）热原子层沉积技术（TALD）,等离子体增强原子层沉积技术（PEALD）、空间原子层沉积技术（SALD）、电化学原子层技术（ECALD）优劣势分析优势为沉积速率较快；劣势为薄膜厚度较厚，对于纳米级的膜厚精度控制差，厚度均匀性差，阶梯覆盖率差，镀膜具有单一方向性等。沉积速率一般（微米/分钟），薄膜厚度中等（依赖于反应循环次数

35、镀膜具有单一方向性，阶梯覆盖率一般。优势为可实现原子层级的薄膜厚度，大面积薄膜厚度均匀性好，阶梯覆盖率最好，薄膜致密无针孔；劣势是沉积速率较慢（纳米/分钟）.:春科米源:真空械腾技术与应用，（注峰）.平安4!Lft不同薄膜层的特征及沉积原理不同，适用于不同的工艺路线。目前，PERC电池背面及TOPCon电池前表面的氧化铝钝化结构主要采用ALD、PECVD（等离子增强型化学沉积）等工艺制备；TOPCon电池的隧穿氧化硅层可通过LPCVD（低压热氧化法）、PECVD或ALD等工艺制备，掺杂多晶硅层通过LPCVD（低压型化学沉积）或PECVD工艺制备；HJT电池的非晶硅层采用PECVD或Cat-

36、CVD（热丝法）工艺制备，透明导电层通过PVD（溅射镀膜）或RPD（蒸发镀膜）工艺制备。在电池产线的设计中，需要结合不同膜层的制备工艺，综合考虑制膜效果、制膜效率、设备投入、产线适配性等因素，搭配出性价比最高的工艺路线。图-28不同谆膜转征及制备工艺概览PERCTOPConHJT膜层氧化铝氮化硅氧化硅捧杂多晶桂本征氢化非晶硅接杂非晶硅TCO厚度3-5nm/1.6nm120-150nm5-IOnmIOnm/沉积原理物理沉积化学沉积：2A1(CHJ计24N2()-I2O5+6C()2+9H2O+24N2化学沉积：3SiH44NHLSisN+12H2化学沉积：SiH4+4N2OSiO2+2H2O+4

37、N2化学沉积：SiHLSi2H2化学沉积化学沉积物理沉积工艺选择ALD、PEeVD、APCVD等/LPCVD(热氧化法)、PEALD.PECVD,湿法奴化等LPCVD、PECVDPECVD.CAT-CVD(热丝皱膜)PVDRPD资料来源:4空俄班技术与应用，/安”厅(1) PERC电池与TOPCon前表面-氧化铝膜镀膜质量主要受膜层致密性、均匀性及厚度影响。根据相关研究,氧化铝薄膜厚度在3-5nm时钝化效果最好。因此，从氧化铝膜层质量出发，ALD工艺更优，PERCVD沉积氧化铝厚度一般需大于15nm；但由于PECVD可以在同一设备内完成氧化铝和氮化硅薄膜的沉积，因此具有更好的工艺集成性。据CP

38、IA统计，2021年PERC电池钝化中，ALD沉积技术占比约41.4%；预计在ToPCon正面钝化领域，ALD路线的市占率有可能逐步提高。(2) TOPCon电池-隧穿氧化层与掺杂多晶硅膜TOPCon电池与PERC电池的核心差异在于钝化接触结构，因此在沉积镀膜环节需增加隧穿氧化层与掺杂多晶硅层的制备。目前主流路线包括LPCVD与PECVD,此外有部分厂商采取PEALD和POPAID等小众路线。首先，从掺杂多晶硅层的制备来看，需要完成多晶硅层沉积与掺杂两项内容。多晶硅层沉积主要采用LPCVD或PEeVD工艺，膜层厚度一般为100-150nm,非晶硅薄膜在沉积后的退火过程中结晶性发生变化，由微晶非

39、晶混合相转变为多晶，激活薄膜的钝化性能。在掺杂方面，LPCVD和PECVD路线分别延伸出非原位掺杂与原位掺杂两种方式；其中，LPCVD路线的成膜速度较慢，如果在沉积薄膜同时进行掺杂，会使制膜速率进一步降低，因此LPCVD路线一般先沉积本征多晶硅层，再通过扩散炉或离子注入设备完成磷掺杂，被称为非原位掺杂；与之相对地，PECVD路线成膜效率更高，可以在镀膜的同时完成磷掺杂，被称为原位掺杂。其次，在隧穿氧化硅层的制备方面，与LPCVD工艺兼容的方式主要为热氧化法，与PECVD兼容的方式包括PECVD.PEALD及热氧化法等。从不同工艺制备氧化硅膜的致密性角度看，PEALD路线制膜的钝化效果最佳，但设

40、备成本较高；热氧化法和PECVD的制膜效果虽然不如PEALD路线,但胜在经济性。一般情况下,ALD路线制膜厚度约0.7nm,热氧化法制膜厚度约1.3nm；氧化硅层一般在膜层厚度达到L6nm以下时即可实现隧穿机理。比较而言，LPCVD路线成熟度更高，在此前已有大规模工业应用的经验，优势包括控制简单、成膜质量较高（均匀性好、致密度高）等，劣势在于生产过程会在电池前表面边缘形成一层掺杂多晶硅层，被称为“绕镀层”，对电池的电性能与光性能产生负面影响，因此在完成多晶硅薄膜沉积后需对绕镀进行化学清洗处理，同时成膜速率慢,效率相对较低。PEeVD制备多晶硅属于新技术，优点在于沉积速率快，可实现原位掺杂，同时绕镀程度低，仅出现在侧边及硅片正面边缘处，清洗成本较低，可以通过凹槽设计基片台匹配硅片尺寸以避免绕镀现象；但其劣势在