华北电力大学硕士研讨生李金新等根据多层...来自主动化学报...(华北电力大学硕士论文盲审)--考研网上

??（陈述出品方/作者：光大证券，殷中枢、黄帅斌、郝骞）

1、晶硅电池的根来历理与中心工序
全球光伏电池商场以晶硅电池占有主导方位。据 cpia 数据，2021 年全球晶硅电池商场占有率为 96.2%，同比前进了 0.2 个百分点。

晶硅电池的提效降本是光伏作业打开的要害，规划化、技能前进、本钱降低三者彼此推进。从开始规划化量产的铝背场电池，到 perc（发射极钝化和不和触摸），再到 hjt（本征非晶层的异质结）电池和 topcon（隧穿氧化层钝化触摸电池），以及将来的叠层电池，光伏电池功率不断迫临极限，并由此带来本钱与规划的突破。

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尽管光伏电池技能道路不断迭代，功率不断前进，但根据晶硅电池的根来历理和中心工序并未改动，即清洗制绒、涣散制结、钝化镀膜、金属化四大进程。

1）清洗制绒

清洗首要用来铲除硅片表面杂质、去掉硅片表面损害层，制绒则用于在硅片表面构成金字塔规划，然后降低反射率。

2）涣散制结

经过涣散的方法，构成光伏电池的中心规划：p-n 结。一般适用于同质结电池。

3）钝化镀膜

经过真空镀膜的方法，在电池片表面构成一层钝化膜，起到降低少子复合、供给场钝化效应、降低反射率的作用，关于电池功率的前进起到要害作用，也是光伏电池提效的首要点。

4）金属化

用于构成光伏电池的前电极和背电极，一般运用丝印的方法。金属化的技能道路与钝化技能亲近有关，一起对降低少子复合、降低电阻丢掉起到要害作用。此外，还包括刻蚀、检测等通用进程，在不一样的电池技能道路中差异不大。

2、掺杂与成结：光伏电池的“心脏”
p-n 结是光伏电池的“心脏”。依照 p-n 结类型，光伏电池可以分为同质结电池和异质结电池。其间同质结电池首要经过涣散的方法，在同一品种型的硅片（p 型或 n 型）上完成掺杂，从而得到 p-n 结。异质结电池的 p 型区和 n 型区由不一样类型的半导体材料构成，可分为掺杂型和非掺杂型。

当 p 型半导体和 n 型半导体联系在一同，因为 p 型半导体中空穴浓度高，而 n 型半导体中电子浓度高，因而会构成热涣散运动。即 p 型半导体中空穴向 n 型区涣散，n 型半导体中的电子向 p 型区涣散。然后在 p 型区构成负电荷，而 n 型区构成正电荷，两者之间构成一个内建电场。在光照条件下，能量大于禁带宽度的光子被吸收，在 pn 结的两端发生电子-空穴对，并在内建电场的作用下彼此分隔，然后发生光生电流。

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?鸭怕省泵杌媪斯庹找降绯氐哪掣銮蚍⑸脑亓髯颖?p-n 结搜集并参与到电流活动的概率。其巨细与光生载流子需要运动的间隔和电池表面特性有关。间隔耗散区越远，被搜集的概率就越小，而表面钝化可以添加同一方位下载流子被搜集的概率。

啥是涣散？涣散描绘了一种物质在另一种物质中运动的情况。本质在于原子、分子和离子的布朗运动，构成由浓度高的当地向浓度低的当地进行涣散。晶体硅太阳电池制造选用了高温化学热涣散的方法来完成掺杂制结。热涣散使用高温驱动杂质穿过硅的晶格规划，这种办法遭到时刻和温度的影响，需要 3 个步骤：预淀积、推进和激活。

涣散的三个方针：方阻、结深、表面浓度

方阻值巨细首要为表面浓度和结深的归纳表征，其对电池片参数的影响首要有以下三点： 1）涣散 p-n 结深度直接影响到其对短波光线的吸收，因而在必定规模内涣散 p-n 结越浅（方阻值越高），电流值越高； 2）涣散磷元素的掺杂浓度从必定程度上影响其 n 型硅有些的导电功能，因而掺杂浓度越高（方阻值越小），填充因子越高； 3）一般来说，在必定规模内，涣散浓度增大，开路电压随之增大。

2.1、同质结：磷扩与硼扩

同质结电池中，p 型区和 n 型区为同一品种型的半导体材料，一般运用掺杂的办法构成 p-n 结。常见的掺杂办法包括： 1）管式涣散（低压、常压）； 2）离子写入+退火； 3）涂布源涣散（丝印、旋涂、喷涂、滚筒打印）。当前大多选用低压管式涣散。

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磷扩： pocl3分化发生的 p2o5淀积在硅片表面，p2o5与硅反应生成 sio2和磷原子，并在硅片表面构成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行涣散。硼扩： bbr3/ bcl3分化发生的 b2o3淀积在硅片表面，b2o3与硅反应生成 sio2和硼原子，并在硅片表面构成一层硼硅玻璃，然后硼原子再向硅中进行涣散。由上可知，不管是硼扩仍是磷扩，需构成硼原子或磷原子的基础上，向硅基体扩散。比较磷涣散，硼涣散的难度更大。缘由在于硼原子在硅基体中的固溶度较低，导致硼扩的温度须抵达 1000℃以上。且表面掺杂量较多时简略在表面构成硼堆积，即富硼层（brl），对后续清洗构成应战。

关于硼扩来说，当前有 bbr3/ bcl3两种道路。 bbr3常温下为液体，平安性相对较好，但生成的 b2o3呈黏状，需要 dce 清洗，维护本钱高。 bcl3常温下为气体，平安性相对较差，但生成的 b2o3呈颗粒状，简略收拾，缺点是 b-cl 键能更大，不易分化，构成涣散温度下使用率不高。

根据 itrpv 猜测，将来 bbr3道路仍将占有大都比例，但 bcl3道路的占比将会逐步前进，到 2032 年约抵达 40%支配的商场比例。

2.2、同质结：se

为啥需要 se（选择性发射极）？缘由在于：常规晶体硅太阳能电池选用均匀高浓度掺杂的发射极。较高浓度的掺杂可以改进硅片与电极之间的欧姆触摸，降低串联电阻，但也简略构成较高的表面复合。为此，需要运用选择性发射极（se）技能，在金属栅线（电极）与硅片触摸部位及其邻近进行高浓度掺杂深涣散，而在电极以外的区域进行低浓度掺杂浅涣散。

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se 规划的优势： 1）电极下的重掺杂使得触摸电阻较常规电池有所降低，然后前进填充因子； 2）电极间的轻掺杂可有用降低载流子在涣散层横向活动时的复合概率，前进载流子搜集功率； 3）太阳光短波段根柢在硅片正表面被吸收，浅涣散可以前进短波段太阳光的激发功率，然后前进短路电流； 4）构成一个 n++-n+/ p++-p+的凹凸结，可以降低电极下方的少量载流子复合，前进开路电压。归纳来说，se 较常规电池非常好地平衡了金属半导体间的触摸电阻和光子搜集之间的敌对。根据硼扩的技能难度，在硼扩的基础上做出 se 相较磷扩 se 难度更大，当前主要打开出一次硼扩和二次硼扩两种技能道路。

根据通威股份《根据 pecvd 技能制备超薄隧穿氧化层及 poly-si 在 topcon 电池中的使用》，当前作业内常见的硼扩 se 有五种方案，其间激光开膜道路是目前最老到的方案。从量产前景来看，etch-back 道路、激光直掺道路是最可以实现量产的道路。五种方案中，刻蚀浆料道路、硼浆道路、etch-back 道路都需要外部开发不一样的浆料。

2.3、异质结：掺杂与非掺杂

从本质上讲，热涣散是完成掺杂的一种办法，用于在同一种半导体上构成 pn 结。其他办法还包括离子写入、气相堆积等。如经过气相堆积的办法在晶硅表面堆积本征非晶硅和掺杂非晶硅，因为晶硅与非晶硅不归于同一种半导体材料，故构成的 p-n 结名异质结。

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异质结电池选用气相堆积完成掺杂，而非涣散的方法。这带来的一个疑问是，前表面的非晶硅带隙较小，致使严峻的光学寄生吸收，然后捆绑了饱满电流的前进；且非晶硅层掺杂功率低致使电池良率较低。这就引发了对免掺杂异质结电池的使用和探究。n 型过渡金属氧化物（tmo）材料被测验用作空穴传输层。根据中山大学有关材料，hjt 电池中使用 moox 替代 p 型掺杂非晶硅，最高变换功率已达 23.5%。

2.4、非成结掺杂

掺杂技能除了可以构成 p-n 结之外，还被用作构成凹凸结。所谓凹凸结，指的是在电池基体和底电极间树立一个同种杂质的浓度梯度，制备一个 p-p+或 n-n+凹凸结，构成背电场，可以前进载流子的有用搜集，改进太阳电池的长波呼应，前进短路电流和开路电压，这种电池被称为“背场电池”。典型的事例是在 topcon 电池中，正面运用硼掺杂在 n 型硅片上构成 p-n 结，不和运用磷掺杂制成的 n 型多晶硅，起到凹凸结的作用。hjt 电池中，正表面 i 层非晶硅与 n 型硅基底构成 p-n 结，背表面 n 型非晶硅与 n 型硅基底构成凹凸结。

从广义上来讲，只需是经过同种杂质的浓度梯度树立起电场，然后影响载流子收集的规划，都可以称作凹凸结。如硼扩/磷扩中的选择性发射极、bsf 电池中的铝背场、perc 电池中的部分铝背场、以及 topcon 电池正表面的银铝浆细栅。

2.5、涣散炉

国内 perc 电场的磷涣散设备已完全完成国产化，并打开出了适用于大硅片、大产能的设备，归纳思考热场、气场的均匀性，硅片的放置方法有水平、笔直、类 pe 型笔直等多种方法。硼涣散设备的需求比磷涣散更高，首要体如今：均匀性、涣散时刻长、涣散温度高、硅片寄生 osf 位错。

均匀性疑问：中心是气场与热场的均匀。笔直放片和水平放片各有好坏，笔直放片有利于热辐射传递，但晦气于气撒播输；水平放片有利于气撒播输，但对热辐射有遮挡。跟着硅片标准变大变薄，笔直放片的均匀性遭到应战，一方面大硅片致使两硅片间气体运动间隔变长，阻力增大；另一方面薄硅片笔直放置时曲折度变大。拉普拉斯选用水平背对背放置，气流从端口和旁边面进入，不只添加了气流的均匀性，而且硅片背对背放置，在重力作用下天然压紧，可削减绕镀。

另一方面，跟着单炉产能不断添加，炉管长度随之添加，带来了超长温区内气流与热场均匀性疑问。当前多采纳多段进气的方法，添加炉管内气流均匀性。

3、钝化：提效的要害
光伏电池功率的热力学极限

一方面，思考到晶体硅在室温下的光学带隙为 1.12ev，能量低于 1.12ev 的光子缺乏以激起电子-空穴对，因而可以有用使用的光子能量有限。另一方面，能量太高的光子中高于 1.12ev 的能量以热弛豫方法宣告。可以被吸收的能量约为 49%，又因为禁带电势差与电池开路电压的差异，可以有用输出的电能约为 60%。因而，常温下硅基光伏单结电池的功率极限约为 29.4%。

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迫临极限：可抵偿的丢掉

关于硅基光伏单结电池来说，即便极限功率仅有 29.4%，当前的量产技能水平仍有较大的前进空间。全体来看，可抵偿的太阳电池功率丢掉可以分为两大类，即光学丢掉和电学丢掉，电学丢掉又有复合丢掉和电阻丢掉两有些。

1、光学丢掉

1）表面反射。晶体硅的折射率与空气相差很大，这会致使很大一有些入射光被反射，一般经过表面制绒和堆积减反膜来降低表面反射； 2）长波透射。有些长波不能被硅基体完全吸收而从电池不和透过，可适度添加硅片厚度以消除该晦气要素； 3）栅线遮挡。有些入射光被正面金属电极栅线遮挡，一般可经过优化栅线方案或运用背电极来处置。

2、电学丢掉

1）复合丢掉。首要指晶体硅太阳电池中，因为掺杂、杂质、缺陷等要素，电子空穴以各种方法构成复合，一般包括辐射复合、俄歇复合、srh 复合、表面复合四种。削弱光生载流子复合的办法包括钝化（热氧、原子氢、表面涣散）、增加背场等； 2）电阻丢掉。包括串联电阻和并联电阻，串联电阻首要由硅基体电阻、电极接触电阻、发射极电阻、主栅/细栅电阻、焊带电阻构成；并联电阻首要来自 pn 结规划和制备进程中的技能，一般认为是在晶体硅太阳能电池的边缘发生。

3.1、钝化：有用削减复合

少量载流子的复合是影响电池功能的要害要素，因而界面钝化变成晶体硅太阳能电池提效的要害办法。晶体硅材料体内的缺陷，包括杂质、空位、晶格畸变等，以及材料表面缺陷，如吸附杂质、悬挂键等，会变成载流子的复合中心，然后影响材料的少量载流子寿数。

晶体硅太阳能电池中表面或许晶界的局域态缺陷首要由以下三方面缘由致使： 1）悬挂键，首要是因为基体表面断键致使的晶体缺陷。 2）器件制备进程中由技能引入的杂质掺杂，在高浓度掺杂的情况下会引入死层 (未激活的掺杂剂)缺陷然后致使晶格发生畸变。另外，高浓度掺杂情况下会引入俄歇复合。 3）硅晶体在硅锭制备的进程引入了杂质、晶体不良等缺陷。

在各种缺陷中，最杰出的表面缺陷。在硅片切开进程中，硅原子周期性摆放的中断致使悬挂键的存在，然后构成复合中心。而钝化的进程是指经过使已存在的缺陷失掉活性，然后抵达削减载流子表面复合的作用。首要有两种互补的钝化办法：（一）场效应钝化。经过在表面邻近发生一个电场，可以阻挡类似极性的电荷载流子接近，然后极大地削减一种极性的载流子抵达表面的数量；（二）化学钝化。一种是在表面生长一个表面层，使原子有满足的时刻和能量达到最佳能级，然后使表面悬空键饱满。另一种是堆积一层富 h 的电介质层，通过其在烧结进程中开释的游离氢来占有悬空键的空位，然后起到钝化作用。

3.2、钝化层的选择，抉择了电池途径

钝化是光伏电池提效的要害，因而选择适合的钝化材料至关重要，需要根据表面电荷特性和电池规划进行合理分配。而正是不一样的钝化规划，抉择了不一样的电池技能道路。

根据 jan schmidt 等人 2021 年树立的理论模型，不一样的钝化介质会构成不一样的钝化界面特性（如饱满电流 j0、触摸电阻ρc 等），选择电子选择触摸层、空穴选择触摸层彼此组合后，理论上可以核算出不一样电池模型的最大功率。根据此模型和各种钝化膜的钝化和电导性成果，得到了双面 topcon 电池的理论极限功率为 28.7%，而 hjt 电池的理论极限功率为 27.5%。

2021 年，隆基公司 wei long 等人对该模型进行了批改。选用微晶、纳米晶材料替代原有的 i、p 层非晶硅，得到了更低的钝化膜触摸电阻，但钝化特性并没有变差。根据批改后的成果，双面 topcon 电池的理论极限功率为 28.7%，而 hjt 电池的理论极限功率为 28.5%。

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氧化铝：perc 走向工业化的要害

perc 电池规划最早于 1989 年由新南威尔士大学 martin green 所领导的研讨小组提出。该电池正面选用光刻技能制备“倒金字塔”陷光规划，双面生长高质量氧化硅层，正面氧化硅层作为减反膜，进一步改进正面的陷光作用。不和氧化硅层作为钝化膜，避免背金属电极与硅片全触摸。 unsw 开发的 perc 系列电池尽管变换功率高，但技能凌乱，本钱高，特别是需要使用多次光刻和高温热氧钝化技能，这致使该系列电池没有走向工业化。真正使 perc 电池工业化获得打破性发展的是氧化铝使用于太阳能电池做界面钝化层。

2006 年，g.agostinelli 等使用原子层堆积（ald）技能在 p 型单晶硅表面堆积 al2o3 薄膜，将表面复合速率降低至 10cm/s。2010 年，thomas lauermann 等首先将 al2o3 钝化用于 125mm×125mm 的 p 型 ca 硅片，不和选用 15nmald- al2o3/80nmpecvd-sin 叠层钝化，功率为 18.6%，然后推进了大尺寸 perc 电池的工业化发展。

关于 p 型表面来说，al2o3是最佳的钝化材料。因为： 1）大大都钝化膜都带正电荷，如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等，但氧化铝在沉积进程中，负电荷刚优点在氧化铝和硅晶表面生成的氧化硅界面的接壤处，且负电荷密度高，可保证发生高效的场钝化作用； 2）氧化铝的化学钝化作用也非常好，饱满了晶体硅表面的悬空键，降低了界面态密度。当前选用 alox/sinx 叠层钝化膜进行 perc 电池的背表面钝化。缘由首要是： 1）氮化硅层完成对氧化铝层的维护； 2）厚度抵达 100nm 以上，完成内反射。

（氢化）非晶硅：hjt 电池的要害钝化材料

20 世纪 60 年末后期，氢化非晶硅（a-si:h）的发现引发了研讨者极大的快乐喜爱，具有适合的载流子搬场率的 a-si:h 变成潜在的光伏材料。研讨进程中有两个旅程碑： 1）1974 年，lewis 等说明了氢在饱满 si 原子悬挂键和构成平稳的互联 si-h 环规划中的作用； 2）1975 年完成替代掺杂， n 型掺杂（p 型掺杂）经过向硅烷气体中参加磷（乙硼烷）而完成。 1979 年，三洋公司初度发布商用 a-si:h 太阳能电池，用于手持核算器。20 世纪 80 年代后期，三洋的研讨部分用 a-si:h 和 c-si 构成硅基异质结，并在 1991 年以商标 hit 为他们的 a-si/c-si 异质结（shj）电池的混算方案请求了专利。 2011 年专利到期后，国表里初步测验规划化量产。

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氧化硅（隧穿氧化层）+多晶硅

隧穿氧化层钝化触摸（tunnel oxide passivated contact, topcon）太阳能电池，是 2013 年在第 28 届欧洲 pvsec 光伏大会上德国 fraunhofer 太阳能研讨所初度提出的一种新式钝化触摸太阳能电池。氢化非晶硅对温度的需求非常严苛（不跨越 200℃），而多晶硅薄膜对温度忍耐性高，联系对电子和空穴具有选择性经过的隧穿薄膜构成钝化触摸规划，并经过高温涣散技能结束掺杂的异质发射极。实践上，多晶硅薄膜发射技能在 1980 年的半导体集成电路技能上已完成商业化使用。前期的双二极管研讨作业中，发现薄 siox 层加掺杂的多晶硅层可以获得低复合速率，并在 1990 年证明可以用于晶体硅太阳能电池的触摸钝化。隧穿层的备选方案包括 al2o3、sio2、a-si:h、sinx 等，正本 a-si:h 是比照抱负的，但因为寄生光吸收、热平稳性差等缘由，当前晶体硅电池上研讨较多和工业化使用的隧穿层首要是 sio2材料。

3.3、钝化触摸：高效道路的本质

正确了解钝化和触摸

在传统铝背场电池和 perc 电池中，金属与晶硅层是彼此触摸的，不一样的是铝背场电池中采纳了面触摸（bsf），而改进后的 perc 电池采纳了线触摸（lbsf）。缘由在于，尽管全界面钝化对不和钝化作用是最佳的，但不能满足金属化的需求，这就需要对不和钝化层进行开孔并完成局域金属触摸。一方面，局域触摸面积较小，将电极触摸处复合降至最低，另一方面，也满足了电撒播导的金属化需求。可是，在金属和半导体的直接触摸区域，金属层在触摸界面邻近的带隙内引入了巨量的电子态，致使电池端有跨越 50%的载流子复合丢掉。

除了进行金属触摸区域的部分重掺杂，削减金属/半导体的触摸面积之外，一个行之有用的办法就是：选用超薄介质薄膜将金属和半导体阻隔，钝化硅片表面，一起薄膜可以完成载流子的隧穿效应以保证载流子传导，这种技能被称为钝化（界面）触摸（电触摸）技能。

这就意味着既要有杰出的界面钝化作用，又要能完成杰出的电触摸，可选择的材料包括 al2o3、sio2、a-si:h、sinx等。

从钝化作用来看，sio2、a-si:h、ta2o5/sinx 具有较好的钝化作用。n+ polysi 和 a-si:h 具有较低的复合电流，但 a-si:h 的触摸电阻大于 n+ polysi。因为对 sio2、a-si:h 的钝化道路的选择，构成了 topcon、hjt 两大 n 型电池技能路线。又因为 a-si:h 的热平稳性差，抉择了 hjt 需选用低温道路。

topcon：薄 sio2层在触摸钝化中起到要害作用，而掺杂多晶硅一方面经过 n+/n 凹凸场作用削减了硅基体界面处少量载流子密度，另一方面为大都载流子供给杰出的传导功能。

钝化触摸作用直接体如今开路电压和短路电流上。从开路电压voc 来看，hjt>topcon>perc。perc广泛不跨越700mv，topcon 则处于 720-730mv（单面钝化触摸），hjt 则广泛大于 735mv，甚至接近 750mv （双面钝化触摸）。从短路电流来看，topcon>perc>hjt。遭到前表面寄生吸收的影响，hjt 短路电流较低。

4、光伏镀膜技能：细密性、均匀性、厚度
在断定选择镀膜介质后，不一样的设备和技能道路将对镀膜质量（即细密性、均匀性）发生影响，然后抉择了结束钝化所需的膜层厚度。而在真空镀膜技能下，镀膜质量本质上与三个要素有关：气场、热场、电场。

在气相堆积技能中，通入气体由反应物质与带着反应物质的慵懒气体构成。在大硅片布景下，为了前进单线产能，石英管长度与半径都有添加趋势。此时气场的均匀性遭到应战，为了完成非常好的管内气场，行进气、后进气、多段进气等技能先后得到使用。

热场的控制要害在于对管内温度更精准的控制。特别是光伏电池功率不断迫临极限，热场的精准调度有助于前进膜层质量。北方华创温控处置方案：选用多段超长温区温控体系，非对称炉体方案，要害步骤阶梯控温技能，串级低超调快速回温技能，窄温度梯度技能控制。

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在管式 pecvd 中，石墨舟既是载具也是电极，以折叠的方法最大程度前进电极的有用面积。高频电场是制造等离子体的要害。

4.1、真空镀膜技能总览

薄膜：由原子、分子或离子堆积所构成的二维材料称之为薄膜。各种薄膜制备技能全体可分为两类： 1）在液相中进行的化学物理制备办法，例如电镀、化学镀、热浸涂、热喷涂等； 2）在气相中进行的化学物理制备办法，例如常规堆积、真空堆积、等离子体沉积、离子束堆积、离子束辅佐堆积、等离子体喷涂等。除常规堆积外，大有些归于真空镀膜的规模，其意图是为了改动基体表面的物理化学功能。

薄膜堆积设备一般用于在基底上堆积导体、绝缘体或许半导体等材料膜层，使之具有必定的特别功能，广泛使用于光伏、半导体等领域的出产制造环节。薄膜堆积设备依照技能原理的不一样可分为物理气相堆积（pvd）设备、化学气相堆积（cvd）设备和原子层堆积（ald）设备。

1）pvd

物理气相堆积（pvd）技能是指在真空条件下选用物理办法将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或有些电离成离子，并经过低压气体（或等离子体）进程，在基体表面堆积具有某种特别功用的薄膜的技能。pvd 镀膜技能首要分为三类：真空蒸腾镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。

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2）cvd

化学气相堆积（cvd）是经过化学反应的方法，使用加热、等离子或光辐射等各种动力，在反应器内斗气态或蒸汽状况的化学物质在气相或气固界面上经化学反应构成固态堆积物的技能，是一种经过气体混合的化学反应在基体表面堆积薄膜的技能，可使用于绝缘薄膜、硬掩模层以及金属膜层的堆积。

3）ald

ald 技能是一种特别的真空薄膜堆积办法，具有较高的技能壁垒。经过 ald 镀膜设备可以将物质以单原子层的方法一层一层堆积在基底表面，每镀膜一次/层为一个原子层，根据原子特性，镀膜 10 次/层约为 1nm。

cvd 技能一般需满足三个条件： 1）前驱反应物悉数为气体。若前驱反应物在室温下为气体，则可用简略的堆积设备来满足成膜需求。若前驱反应物在室温下蒸腾性很少，则需经过加热使其挥发，且一起对从反应源到反应室的管道进行加热，以便选用运载气体将前驱反应物带入反应室；

2）生成物为固体（+气体）。生成物除了用于堆积物质为固态薄膜外，其他反应物均为蒸腾性气体，以便被抽气体系排出； 3）堆积薄膜物质的蒸气压需满足低，以保证在反应的全进程中堆积物质可以在必定温度的基体上构成薄膜。

4.2、 topcon 镀膜设备

topcon 电池中，首要关于标志性的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层进行分析。隧穿 sio2层：可选用热氧化法、pecvd、peald 等镀膜办法；掺杂多晶硅层：首要有 lpcvd、pecvd 两种道路。

比照不一样厂家的设备参数，当前选用 lpcvd 的厂家首要有：拉普拉斯、北方华创、松煜、红太阳、赛瑞达；选用 pecvd 道路的厂家首要有：捷佳伟创、金辰。不一样的技能道路的差异点首要在于产能、良率、均匀性等方针。

从终端电池片厂商的选择来看，拉普拉斯的 lpcvd 道路具有先发优势，当前已在晶科、捷泰、通威、正泰等厂商完成使用；捷佳伟创的 pecvd 道路亦获得较快前进，首要在天合、晶澳、通威等厂商完成使用；微导首要选用 peald+pecvd 道路，当前也已获得小规模供货；中来股份选用一起的 popaid 道路，首要设备由杰太供给。

4.2.1、镀膜的质量与厚度

氧化铝

作为 p 型表面绝佳的钝化材料，al2o3自带负电荷，可以一起供给化学钝化和场钝化效应，在 perc 电池背表面钝化进程中起到重要作用。当前，topcon 电池正表面钝化仍选用 al2o3。在制备办法上，可供选择的道路一般包括 ald、pecvd、apcvd 等。

根据丁建宁《高效晶体硅太阳能电池技能》，pecvd 可以在同一设备结束氧化铝和氮化硅薄膜堆积，技能集成性好，但 pecvd 堆积的氧化铝细密性略差，钝化作用不如 ald，因而 pecvd 堆积氧化铝厚度一般需大于 15nm。根据宋登元《n 型电池工业化现状与打开趋势》，3-5nm 氧化铝薄膜作用最佳，复合降到电流 15fa/cm2以下。 jan schmidt 等人研讨标明，各种堆积氧化铝技能中，按钝化作用排序： ald>pecvd>溅射。缘由在于，ald 堆积氧化铝由两个自限半反应构成，每次反应被捆绑在一层原子，经过替换通入反应物，氧化铝得以一层一层生长，所以其规

划细密，钝化作用好。

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根据 cpia《我国光伏工业打开道路图(2021 年版)》，ald 堆积技能有更精确的层厚控制和非常好的钝化作用，2021 年在 perc 电池背钝化商场占比约 41.4%。而在 topcon 正面钝化领域，咱们估量 ald 堆积氧化铝市占率更高。根据微导公司宣告，到 2022 年 9 月，公司已斩获 topcon 等有关新式高效电池订单近 80gw。

氧化硅（隧穿氧化层）

在 topcon 电池钝化规划中，sio2膜具有重要作用。它的钝化作用极好，但却是绝缘的。当前有两种导电机制可以使得电流转过这层绝缘膜： 1）针孔作用；2）隧穿机理。根据宋登元《n 型电池工业化现状与打开趋势》，siox 在不一样厚度下，载流子隧穿机制有所不一样： 1）siox<1.6nm，载流子穿过氧化硅层是隧穿机制； 2）siox>2nm，载流子穿过氧化硅层是针孔机制+隧穿机制； 3）1.43nm 和 1.25nm，ff 较差因为隧穿导电机制不能供给足够的导电，不能较好阻挡磷杂质进入硅衬底； 4）siox=1.55nm，得到比照好的钝化作用。 sio2膜制备办法可以包括：湿法氧化、热氧化、pecvd、pvd、ald。从细密度排序来看，ald 制备的膜钝化作用最佳，其次是热氧化法，其次是 pecvd，最后是湿法氧化。一般情况下，ald-sio2膜在 0.7nm，而热氧- sio2需抵达 1.3nm。

掺杂多晶硅

当前多晶硅膜厚度为 120-150nm。理论上来讲，多晶硅层越厚，越不简略烧穿，金属化烧结窗口越宽，但硅带来显着的长波段寄生吸收，致使短路电流丢掉。将背表面多晶硅薄膜的表面掺杂浓度及厚度降低，可以有用削减光学的 fca 损失，但过薄的多晶硅层会致使金属浆料烧穿，需联系金属化进程进行归纳分析。

根据 itrpv《2022 年世界光伏技能道路图》，topcon 电池中 poly 硅厚度将保持降低趋势，由 2022 年的 120nm 降低至 2029 年的 80nm。

4.2.2、趋势：lp 与 pe 道路

关于topcon电池中掺杂poly硅堆积，当前首要有lpcvd和pecvd两大道路。并由此衍生出原位掺杂和非原位掺杂两条途径。

lpcvd 制备 poly 硅的技能相对老到，且成膜质量好，但缺陷在于成膜速率低，特别是进行原位掺杂时速率更低。且简略发生绕镀，在石英管和石英舟上也堆积非晶硅膜，构成维护周期短，去绕镀难度高。

pecvd 制备 poly 硅的技能归于新技能，利益在于堆积速率快，且可完成原位掺杂。但其缺陷在于制备的膜中氢含量较高，在后期高温退火进程中简略分出气泡，构成钝化膜破损。

原位掺杂与非原位掺杂

因为 lpcvd 在原位掺杂中成膜速率较慢（1-2nm/min），所以一般 lpcvd 路线分配非原位掺杂，在制备本征多晶硅后再进行磷掺杂。pecvd 则一般分配原位掺杂，在构成多晶硅层的一起完成磷掺杂。

根据 itrpv《2022 年世界光伏技能道路图》，原位掺杂、pecvd 的市占率将逐步前进。估计到 2032 年，原位掺杂将占有 50%以上市占率，pecvd 将占有近 60%的市占率。

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值得一提的是，关于各自道路的缺乏，lpcvd 和 pecvd 仍在不断改进进程中。 lpcvd：关于绕镀致使的石英件寿数缩短疑问，拉普拉斯经过导入涂层石英，可将石英寿命由正本的 3 个月延伸至 6 个月。经过同步优化涂层和石英加工技能，方针寿命 12 个月。估计 2023q1 前，拉普拉斯经过规划化导入双插技能，可进一步促进 lpcvd 本钱降低 50%。

pecvd：宁波材料所选用 pecvd 制备掺碳多晶硅，显着抑制 pecvd 薄膜在高温下的脱膜，前进钝化质量，碳能添加氢的富集，进一步前进钝化作用。

管式与板式 pecvd

管式 pecvd 在 perc 电池技能中首要用于堆积氧化铝和氮化硅薄膜。而板式 pecvd 首要用于 hjt 电池。一般来说，管式 pecvd 具有规划简略、产能大、价格低的优势，但镀膜精度和质量低于板式 pecvd。在 topcon 电池 poly 硅制备中，pecvd 首要堆积非晶硅薄膜，后期需经过退火处置，以抵达晶化的意图。且非晶硅薄膜的厚度远大于 hjt 电池（topcon 电池 100nm 以上，hjt 电池 10nm 且参加成结），因而业界倾向于运用管式 pecvd。

4.3、 hjt 镀膜设备

4.3.1、镀膜的质量与厚度

（氢化）非晶硅

hjt 电池在硅片正不和均要镀制 5-10nm 的本征非晶硅层作为钝化膜。在背表面本征非晶硅层外侧，镀有约 10nm 厚的硼掺杂 p 型非晶硅层，在前表面本征非晶硅膜外侧，镀有约 10nm 厚的磷掺杂 n 型非晶硅层。前表面的非晶硅层作用非常重要，一方面是作为 n/n+层供给场钝化，但另一方面该层过厚会构成激烈的光吸收，影响短波呼应。关于 hjt 电池中非晶硅层制备，当前首要有两种镀膜技能：pecvd 镀膜和 cat-cvd（热丝镀膜）。其间 pecvd 镀膜又可分为射频 pecvd（13.56mhz）和甚高频镀膜（27.12mhz、40mhz）。这有些是 hjt 电池中最为要害的技能，设备在整个出产线价格中约占 50%的比例。

通明导电膜（tco 层）

tco 可以完成两个意图：1）用作减反射涂层（arc）；2）添加横导游电性。根据技能道路不一样，首要有 pvd 和 rpd 两种制备办法。

关于 tco 层，可以选择的镀膜材料有 ito（氧化铟锡）、iwo（掺钨氧化铟）、 azo（铝掺杂氧化锌）。其间 ito 首要与 pvd 道路配套，iwo 首要与 rpd 路线配套。为了削减铟的用量，azo 可以用来有些替代 ito 的运用。根据迈为股份宣告，经过 ito+azo 叠层膜的方案使用，完成了功率恰当情况下铟用量降低 70%。将来根据不一样的功用需要，有望选用多种原料的 tco 材料进一步替代 ito，完成无铟化。

比照不一样厂家的设备参数，当前选用 pecvd（射频）道路的厂家首要有钧石、捷佳伟创、梅耶博格；选用 pecvd（甚高频）道路的厂家首要有迈为、抱负、美国应材；cat-cvd（热丝）归于小众道路，除了日本真空外，国产厂家首要是江西汉可。

比照各电池片厂家的设备选择，捷佳伟创、启威星（迈为）占有了清洗制绒环节的大大都商场比例；在 cvd 环节首要是迈为、钧石动力、抱负等国产厂家；pvd 环节首要是钧石动力、捷佳伟创(rpd)、迈为；丝印环节首要是迈为、amat；光写入环节首要厂家为迈为、台湾科峤。

4.3.2、趋势：腔室、镀膜次序

产线构型

关于 hjt 镀膜设备，首要有三品种型的产线构型：线性串联式、团簇并联式、线性并联式。当前国内公司多选用线性串联式，利益在于规划简略，传递简略，缺陷在于各个腔室节拍固定，某一个腔室的节拍调整或毛病，会影响整条产线。

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并联设备有两品种型，即团簇式和线性。团簇式设备首要以美国应材开发的半导体系造业中的镀膜设备转型而来（如 oled 镀膜设备）；而线性并排式则以德国梅耶博格为代表。

镀膜次序

异质结电池的钝化层为本征硅 i 层，与之触摸的晶体硅表面缺陷对电池的功率非常活络。传统的工业化 pecvd 设备技能流程为 in-ip。先镀 i 层，接着镀 n 层，在出真空腔室翻片之后镀 i 层和 p 层。其利益是翻片次数少，缺陷是镀第二个 i 层前，现已进行过一次掺杂腔室镀膜，简略有一些绕镀的磷原子附着在硅片表面，添加表面缺陷，影响功率。新式的工业化 pecvd 设备技能流程为 i-in-p。在镀一层 i 层后取出真空，翻片后再次进入真空室镀不和 i 层，紧接着镀 n 层，取出真空腔室翻片后再镀 p 层。尽管添加了一次翻片，但两层本征硅层镀膜之间不经过 n 型腔室，可以避免被沾污。经过大规划量产验证，i-in-p 的镀膜次序相较 in-ip 可前进电池产线均匀功率 0.15%。

腔体与腔室

跟着 hjt 技能的打开，多层面规划变成技能趋势，即关于 i 层、p 层、n 层可分为缓冲层、种子层、含氧层、富氢层等。但在技能道路上有两种选择，一种是将一种膜分红多个腔室镀，各个腔室的技能参数略有差异；另一种是在一个腔室中镀一种薄膜，但经过调整参数分红不一样的子膜。从本质上讲，第一种是以空间交流时刻，设备硬件添加，但节拍加速，产能添加；第二种是以时刻交流空间，不一样子膜替换技能参数时需暂停辉光放电，但设备投资减小。

迈为选用的接连多腔体镀膜，单条线产能已抵达 600mw（到 2022 年 6 月）。而钧石、抱负万里晖则选用单腔体镀多层膜道路，不一样的是钧石经过对载板的改进和扩展，完成了大腔室、大产能，单线产能抵达 800mw，抱负万里晖则立异性地选用可叠加小腔室道路，增大了产量的可拓宽性，且小腔体内气体使用率更高，第三代产品单线产能已抵达 600mw。

5、领先电池前进的思路与方向
5.1、 topcon：首要缺口来自前表面

关于 topcon 电池来说，根据 24.8%的电池变换功率，首要影响功率的要素由大到小： 1. 正面复合丢掉，2. 光学丢掉，3. 正面传输丢掉，4. 体复合丢掉，5. 不和传输丢掉，6. 不和复合丢掉。由此可见，topcon 电池当前的首要功率缺口来自前表面。缘由在于： 1）topcon 电池背表面由 sio2、poly 硅层构成钝化触摸规划，而前表面仅由 al2o3层钝化，运用烧穿型浆料，仍存在金属-硅基体直接触摸； 2）因为硼扩掺杂浓度低，为了完成非常好的触摸，正面细栅从银浆改动为银铝浆。为抵达相同的导电作用，栅线宽度大于银浆。

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为晓得决 topcon 电池正表面的功率丢掉，终极方案是在正面也做成 sio2+poly 硅的钝化触摸规划。但p型topcon层的钝化才能本身就弱于n型topcon层，且前表面多晶硅会构成激烈的光学吸收。因而，当前多思考部分 poly 层，即在正表面电极下方做一小有些 sio2+poly 硅，但使用层面难度较大。

根据拉普拉斯对 topcon 电池功率前进的道路图，正面 poly 规划（local/full）适用于 26.5%的功率平台。而在其时 25%的功率基础上，可以经过无损 se 技能、薄 poly 等优化技能将 topcon 电池功率前进至 26%。根据硼扩的技能难度，在硼扩的基础上做出 se 相较磷扩 se 难度更大，当前主要打开出一次硼扩和二次硼扩两种技能道路。

5.2、 hjt：完满钝化，首要缺口来自光学丢掉

与 topcon 电池比较，hjt 电池在正表面、不和均完成了钝化触摸，因而获得了较高的开路电压（接近 750mv），显着高于 topcon 电池和 perc 电池。但正表面的非晶硅层作为一种半导体，存在较为严峻的寄生吸收，构成 hjt 电池在短路电流方面并不占优势。处置该疑问的思路之一在于运用微晶硅替代非晶硅，缘由在于微晶的吸光系数更小，且具有更高的电导率，在减轻正表面寄生吸收的一起，降低了对 ito 导电性的依靠。

从技能上来讲，微晶的构成需要改动通入硅烷与氢气的稀释率，即更高比例的氢气，然后前进硅薄膜的晶化率。但稀释率的前进一般伴跟着堆积速率的降低，引入 vhf 电源以替代传统的 rf 电源，有助于前进微晶薄膜堆积速率。根据迈为股份数据，选用 vhf 电源，镀膜速率较 rf 电源前进 2 倍，氢气用量较 rf 电源降低 70%支配，功率较 rf 电源前进 0.3%以上。缘由在于，频率添加后，等离子体电子浓度添加，可以发生更多的安适基元，从而前进微晶薄膜堆积速率。一起等离子体能量降低，有助于降低表面损害。

要害假定： 2022 年全球新露脸伏装机 230gw，咱们猜测 2023-25年全球新露脸伏装机350、 430、500gw，依照 1.25 倍的容配比，组件需要量为 438、538、625gw。按照 55%的产能使用率，则组件产能别离抵达 795、977、1136gw。根据已方案项意图发展情况，咱们猜测 topcon 产能进入快速打开期，2023-25 年新增产能别离为 200、250、280 gw，hjt 需进一步完成设备、工业链降本， 2023-25 年新增产能别离为 32、54、100gw。然后股动 topcon 产能在 2023-25 年抵达 260、510、790 gw，hjt 产能在 2023-25 年抵达 46、100、200gw。

在全体的电池产出中，估计2023-25年topcon产出占比为20%、35%、43.5%， hjt 产出占比为 5%、10%、12%，则 2023-25 年 topcon 电池产出为 88、188、 272gw，hjt 产出为 22、54、75gw。

跟着国产化率前进和单线产能前进，估计设备降本持续进行，假定 2023-25 年 hjt 整线设备价格为 3.3/2.9/2.5 亿元/gw，topcon 整线设备价格为 1.9 /1.7/1.5 亿元/gw。 topcon 设备中，se 可以有用前进变换功率，跟着该项技能趋于老到，估计将从2023年头步完陈规划化量产，假定23-25年硼扩se渗透率为70% /80%/90%，硼扩 se 设备单价为 1000/800/800 万元/gw。则 2023-25 年，hjt 设备商场空间为 102.6、155.5、250.0 亿元；其间 pecvd 设备商场空间为 51.5、77.8、125.0 亿元。 topcon 设备商场空间为 370.0、420.0、420.0 亿元，其间 lpcvd/pecvd 等镀膜设备商场空间为 100.0、112.5、112.0 亿元，硼扩设备商场空间为 44.0、 52.5、56.0 亿元，激光 se 设备商场空间为 14.0、16.0、20.2 亿元。

6、金属化与电池前进
从电池技能前进的视点来看，金属化作为钝化镀膜的后续技能，其技能道路选择需要与钝化膜相配套，一方面，金属化本身与钝化膜/硅基体的触摸将在很大程度上影响复合；另一方面，栅线本身对电池的光学丢掉、电阻丢掉起到至关重要的作用。

关于光伏电池金属化来说，栅线宽度仅是表观方针，不一样的浆料方案点在于界面触摸，其次是打印功能，以及烧结/固化后的附着特性和焊接特性，最终是技能与材料的归纳本钱。

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全铝背场电池

全铝背场电池（al-bsf）是最早完成工业化的晶硅电池规划，具有技能流程简略、技能老到、本钱低价等许多利益。可是，电池不和硅/铝的全部积触摸致使的载流子复合较为严峻，且铝背场层的反射率低，致使长波段光呼应差，这些使得 al-bsf 电池一向无法打破 20%的效率瓶颈。

单面 perc

跟着背表面氧化铝（alox）钝化技能的呈现，perc 电池初步全部替代全铝背场电池。在单面 perc 电池中，仍然选用铝背场，一起铝背场经过激光开槽的方法与硅基体完成线触摸，并在触摸区域构成部分铝背场（lbsf）。

双面 perc

在双面 perc 电池中，扔掉了全铝背场，而选用铝线触摸的方法。根据 itrpv 数据，双面 perc 电池铝浆耗量仅为单面 perc 的 1/4。

topcon 与 hjt 电池

因为选用了钝化触摸技能，金属电极不再与硅基体直接触摸，大幅改进钝化作用与金属复合。 topcon 电池正面选用银铝浆。缘由在于关于 topcon 电池，正面仍选用同质涣散结，且硼掺杂的浓度较磷掺杂低 1-2 个数量级，致使发射区的触摸电阻较大。在 p 型发射极局域重掺硼技能完善之前，topcon 电池正面选用了银铝浆，在烧结中铝原子进入 p 型发射区构成 p+区域，起到选择性发射区（se）的作用。

关于金属化技能来说，重要的是技能与材料的匹配。丝印、钢板打印、激光转印三种技能都适用于液体浆料，适配高温银浆、低温银浆、银包铜银浆。而无主栅技能、铜电镀则跳出了液体浆料的领域，单独具有一套技能与材料。

6.1、金属化之材料：浆料差异与改进道路

根据 itrpv 《2022 年世界光伏技能道路图》，2021 年，200gw perc 电池（效率 23%）耗费银 2640 吨，约占全球银总供给的 8%，单耗约 13.2mg/w。

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6.1.1、高温浆料：从 perc 浆料到 topcon 银浆

从 perc 电池到 topcon 电池，从规划上看只是是背表面钝化方法发生了改动，但因为硅基底从 p 型改动为 n 型，以及钝化层的改动，构成金属化技能的较大改动。正面：关于典型的 n 型 topcon 电池来说，首要是从 n 型发射极（磷扩）改动为 p 型发射极（硼扩），钝化方面仍选用 sinx 和 alox 层。但因为硼扩掺杂浓度低，为了完成非常好的触摸，正面细栅从银浆改动为银铝浆。不和：因为钝化触摸规划处置了金属与硅基体触摸的疑问，topcon 电池的不和不再需要激光开槽+铝浆（lbsf），而是选用了银浆细栅。

全体来看，topcon 银浆首要分三种细分使用： 1）正面细栅浆料（银铝浆，烧穿型），需要在烧结进程中烧穿 sinx 和 alox 层，与硼发射极触摸；2）不和细栅浆料（银浆，烧穿型），需要在烧结进程中烧穿 sinx 层，与 poly 硅层触摸； 3）正不和主栅浆料（银浆，非烧穿型），首要起联接细栅、集聚电流、辅佐焊接作用。

可是，topcon 银浆正不和细栅需严肃控制烧穿深度。关于正面细栅，需控制银铝尖刺的深度，否则简略损坏硼发射极；关于不和细栅，需控制烧穿深度，特别是在 poly 层减薄的趋势下，如何与薄 poly 层构成协作至关重要。

在高温银浆中，玻璃粉起到刻蚀作用，因而技能中心之一在于调度玻璃粉的成分与配比。玻璃粉在烧结进程中首要有两个作用： 1）刻蚀硅片表面的 sinx 减反射涂层，在烧结进程中推进硅太阳能电池正面电极的细密度，然后构成细密的导电网络，使得银膜与硅基片构成杰出的欧姆触摸； 2）银浆烧结进程，玻璃粉在高温下溶解银粉，并带着银粉从头摆放，这将影响银浆的整个烧结进程。

6.1.2、低温浆料与银包铜

因为异质结电池中非晶硅不耐高温，致使其需适用低温银浆。与高温正银比较，低温银浆固化温度低，不含玻璃粉，归于非烧穿型浆料。

在高温银浆中，玻璃粉会首要发生熔融，刻蚀硅片表面的 sinx 减反射涂层并带动银粉从头摆放。因而玻璃粉是技能中心，助力完成高效触摸和高效银粉导电。在低温银浆中，因为撤消了玻璃粉，银粉粘结首要靠有机体系树脂固化缩短完成。因为短少烧结进程，有机组分（特别是树脂）残留在浆猜中，这也是低温银浆电阻率较大的根柢缘由。

选用片状银粉+球状银粉复配的方法，有助于前进银粉间触摸面积，然后改进银浆导电功能。但一起影响了打印速度。打印速度是规划制造、产能前进的要害。hjt 低温银浆打印与铺墨速度(ct>2s) 显着低于干流的单晶 perc、topcon 高温银浆。

银包铜

因为低温银浆导电性较差，加上双面运用银浆，使得 hjt 电池的单位银浆耗量约为 perc 电池的 2 倍，拉大了本钱方面的间隔。银包铜作为一种有用的降本办法，致使业界注重。银包铜粉是一种核壳规划材料，具有铜的物化功能和银的优良金属特性以及高导电性、抗氧化性和热平稳性，既节约贵金属又降低了本钱。因为高温下铜简略氧化，因而银包铜浆料当前仅适用于异质结电池。

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制备技能道路方面，化学镀法具有技能简略、本钱低一级利益，当前已变成干流路线。技能方面根据堆积机理不一样，又分为复原法和置换法两种。

运用化学镀法制备银包铜粉的进程中，镀液的首要成分是由硝酸银溶液构成，并与铜离子发生置换反应，游离的银离子因为有较高的氧化-复原电位，致使镀液平稳性欠安，制得的镀层不可细密。因而，现代技能多选用络合剂来络合游离的银离子，前进银离子的络合常数，保证镀液在金属包覆进程中的平稳性。常见的络合体系包括：氨水络合体系、edta 盐体系、胺烯类化合物体系。

根据姑苏晶银的银包铜浆料产性格能，不管是主栅仍是细栅浆料，在粘度、固化温度、拉力方面均坚持平等水平，但银包铜浆料的体电阻率略高于纯银浆料，主要缘由可以在于有些铜粉未完全包覆。

根据安徽华晟查验成果，不和副栅运用银包铜浆料替代后，电池片功率降低 0.08%，首要反映在填充系数 ff 的差异。组件方面，银包铜电池（不和副栅）组件 ctm 也体现出了类似的微幅降低趋势。

从安徽华晟新动力发布的异质结电池银耗降低道路来看，估计到 2023 年全部应用银包铜浆料联系 0bb 技能，单片耗量<70mg，每瓦 10mg。长时刻来看，银包铜道路倾向于定位为一种过渡道路，直到电镀铜技能得到老到使用。

6.1.3、银浆与银粉国产化

不管是高温银浆，仍是低温银浆，都是以银粉作为导电相。银粉在太阳能电池导电银浆中占质量的 70%~90%，是抉择银浆和构成银电极功能的要害要素。

银粉作为一种功用性粉末，不只继承了银单质的一些性质，一起还具有粉末的独特功能，所以银粉的描摹、粒度分布、涣散性、表面性质等都对银浆的功能具有重要影响。 1）粒度分布。在 0.5～5.0μm 之间的银粉比照适用于太阳电池用银浆的调制。且在银浆调制过程中，合理分配不一样粒度分布的银粉，可降低银浆打印塑性后银粉天然堆积状况下的空位率，进而减小银浆烧结后导电膜的孔隙率及构成的电路中的串联电阻。 2）涣散性。银粉的涣散性直接影响银浆的调制作用，涣散性好的银粉在银浆调制进程中能与有机体系充分湿润、混合，均质涣散在有机载体中，使银浆具有极好的触变性和流平性，丝印进程中能接连、流通、均匀地经过网孔，构成无缺的电路图像，有利于完成大规划接连出产。 3）振实密度。银粉的振实密度直接反映了银粉在生成进程中结晶的无缺度。振实密度越高的银粉，其结晶无缺度越好，在天然状况下银粉颗粒之间的堆积越细密，空位率越小，调浆烧结后得到的导电膜的空泛少且小，电路中的串联电阻小，电极导电才能优良。

在 perc 年代，正银首要选用球形银粉，背银选用片状银粉。其间不和银浆的技术需求较低，从材料端的片状银粉到产品端的不和银浆根柢都已完成国产化。尽管 p 型电池正面银浆的国产化率在 2021 年末已抵达 61%，但正面银浆所用的银粉大多仍依靠进口。 n 型电池用正银国产化程度显着前进。受制于商场规划以及技能等要素影响，当前 n 型电池的正面银浆国产化程度初步呈现较大的分化。2021 年 topcon 电池用正面银浆国产率达 70%支配；hjt 电池用低温主栅银浆国产率 10%支配，细栅用银浆仍然悉数依靠进口。国外银粉制造厂家首要会集于日本和美国，销量较大的有日本 dowa、日本德力化学、美国 ferro 和 ames goldsmith 等公司。

银粉国产化率远低于银浆国产化率。缘由在于银浆技能中心在于配比，而银粉的制造则具有更高的壁垒，特别是低温银粉比照表面积、涣散性、均匀粒径、振实密度等参数需求更高。从有些头部公司已发布的数据来看，银粉供给商场呈现寡头独占格局。日本 dowa 占有了聚和材料银粉供给的 84.6%（2021 年），占有帝科股份银粉供给的 97.4%（2021 年）。

6.2、金属化之技能：触摸式与非触摸式

6.2.1、触摸式

根据我国光伏工业协会数据，当前电池片的金属栅线几乎悉数经过丝印的方式制备，2021 年商场占比抵达 99.9%。估计将来 10 年内丝印技能仍将是干流技能。丝印由五大体素构成：作业台、丝网、刮刀、浆料、基片。基片直接放在带有模板的丝网下面，丝印油墨或涂料在刮刀的揉捏下，从图形有些的网孔中间揉捏到基片上。打印进程中刮板一向与丝网模板和基片呈线触摸，触摸线随刮刀移动而移动，其他有些与基片为脱离状况，保证打印标准精度和避免蹭脏基片。

分步打印（dup）&两次打印（dp）

两次打印：先打印第一层银浆并烘干，在第一层银浆的基础上掩盖第二层银浆，两层共烧结构成电极。两次打印的办法可以打破单次丝印高宽比的天花板，能有用前进电极栅线的高宽比，既能添加电池的受光面，又能降低栅线电极全体的线电阻，然后大幅提升电池的光电变换功率。分步打印：根据主栅与细栅线对浆料特性需求的不一样，将主栅与细栅分隔打印。细栅选用主流的正面电极银浆，具有较好的塑形才能和杰出的烧结特性及欧姆触摸。因为主栅在电池片上首要作用是集合细栅上的电流，对塑形才能的需求较低，因而可选用较廉价的银浆。一起分隔打印后主栅网版可以选用与细栅标准不一样的网版，可进一步降低主栅线的银浆单耗。

多主栅：从 mbb 到 smbb

主栅是指晶硅太阳能电池表面上的粗电极条，起到联接细栅，将电池体内发生的光生电流引到电池外部的作用。多主栅技能（multi-busbar，mbb）是经过前进主栅数目，前进电池应力分布均匀性，进而前进导电性，添加变换功率。归纳来看，多主栅技能（mbb）具有电学和光学两方面优势。电学优势： 1）mbb 电池片电流横向搜集途径添加，较传统 5bb 前进 30%以上； 2）mbb 技能可以使电流流经细栅抵达主栅的途径显着缩短 50%以上，有用减少电流流经细栅产出的功率损耗； 3）mbb 技能前进了电流的搜集才能，即多主栅对电池片隐裂、断栅、决裂等容忍度更高。

光学优势：多主栅组件方案中，因为单根焊带变细，一般选用圆形焊带进行电池片联接，相对与扁平型常规焊带，圆形焊带更能体现光学上的优势。圆形焊带的运用，使得入射光不管从哪个视点进入，都能在焊带区域获得约 75% 的使用率，而传统的 5bb 选用的平焊带对入射光的归纳使用率仅 5%以内。

理论上来说，smbb 是 mbb 技能的晋级版，连续了 mbb 的许多利益，经过采用更细的栅线，完成更少的遮挡和更短的电撒播输间隔。然后有用降低了串联电阻，并进一步前进了对电池对隐裂、断栅、决裂的忍耐度，前进可靠性。

不管是 mbb 仍是 smbb，关于丝印的原理性需求改变不大，与现有设备兼容。重要的是主栅增多，焊丝变细，焊点变小，关于串焊机的对位精度和焊接精度需求前进。一起，因为主栅变细，需开发相应的 mbb/smbb 焊带。

有些厂家有关发展：迈为股份：活泼探究新的组件技能，成功开宣告 smbb 串焊机，可以满足 163、 166、182 和 210 多种标准电池的 smbb 产品需要，焊丝直径最小可以兼容到 0.25mm；宇邦新材：公司研发了适用于多栅组件的 mbb 焊带、适用于 hjt 组件的低温焊带、适用于叠瓦组件的超薄冲孔焊带、适用于微间隔组件的异形焊带等。当前市场上干流的产品仍是 mbb 焊带，smbb 焊带的商场正在逐步推开。同享科技：公司除了活泼开发常规互连焊带、常规汇流焊带外，也活泼探究与研发 smbb 焊带、黑色汇流带及反光焊带。公司年产涂锡铜带（丝）15000 吨项目建成后，将构成 8000 吨 smbb 焊带、4000 吨异形焊带、2200 吨反光汇流焊带及 800 吨黑色汇流焊带的出产才能。

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钢板打印

传统网版的细栅附着在丝网上，丝网的网节或钢丝会阻挡网版透浆料，致使打印后栅线凹凸高低、拓宽，影响电功能。而全开口钢板的细栅有些是 100%的无遮挡规划，网版透浆料更顺畅、栅线更平坦、均匀，然后电池栅线的描摹得以优化、电功能得以前进。因为栅线打印区域为全开口规划，打印高度均匀，在制造相同功率电池的情况下，净节约 20%支配的银浆。

6.2.2、非触摸式

激光转印

激光图形转印技能（patterntransferprinting，简称：ptp）是一种新式的非接触式的打印技能，该技能在特定柔性透光材料上涂覆所需浆料，选用高功率激光束高速图形化扫描，将浆料从柔性透光材料上转移至电池表面，构成栅线。激光转印可以打破传统丝印的线宽极限，轻松完成 25um 以下的线宽，且打印高度共同性、均匀性优良，过失在 2um。作为非触摸式打印，可以避免挤压式打印存在的隐裂、破片、污染、划伤等疑问。激光转印包括两个进程：填充进程和转移进程。填充进程：运用的是带有压花沟槽的通明聚合物薄膜，经过两个具有不一样倾斜度的金属吸水扒胶条将浆料填充到沟槽中。转移进程：将充溢沟槽的薄膜旋转 180°并移至打印方位，电池片放置在薄膜下方 200μm 处，顺次运用波长为 1070nm 的激光照耀。激光辐照经过通明膜，其能量首要被糊剂表面吸收。发生的热能使浆料和沟槽之间的界面区域中的有机成分汽化，并在浆料/薄膜界面处构成高压蒸汽层。当在浆料/薄膜界面处树立满足的压力时，浆料会开释到基材表面上。

无主栅（swct）技能

无主栅技能（smartwire connection technology，简称 swct）由加拿大 day4 动力公司创造，由梅耶博格开发和工业化，并于 2013 年正式发布。其要害技能在于运用铜线（由锡合金包覆）替代传统主栅，并将铜线嵌于聚合物薄膜之上，一起完成了细栅电流集合传输和电池片联接，然后结束对主栅和焊带的替代。

swct 技能的优势： 1、提效，原理同 smbb 技能。首要，swct 技能顶用细线替代主栅，比较 smbb 技能，主栅数量进一步增多，经过缩短细栅电撒播输间隔，添加电流搜集才能从而完成提效。其次，swct 技能选用圆丝铜线，较传统主栅添加了入射光使用率。2、降本，完成主栅去银化。swct 技能中选用圆铜线（锡合金包覆），完成了主栅去银化。第一代 swct 技能运用铟锡合金，第二代技能运用铋锡合金，成本进一步降低。一起因为主栅（圆铜线）数量增多，细栅宽度有望完成进一步下降。根据 csem 数据，比较传统丝印技能，swct 技能可以将银耗量降低 85%。 3、免焊接，在层压进程中完成触摸。swct 技能中不但省去了主栅打印，还省去了焊带焊接进程，在层压进程中完成圆铜线与细栅的触摸。铟锡合金的熔点为 120℃，铋锡合金的熔点为 138℃，因而层压温度低于 140℃即可完成熔融触摸。4、可靠性。一方面，同 mbb 技能类似，更细密的网格前进了电流的搜集才能，即对电池片隐裂、断栅、决裂等忍耐度更高。另一方面，swct 技能对电池片施加的应力更小，这归功于低温技能和活络细线，可有用削减电池片边缘翘曲。

铜电镀

铜电镀完成量产后，有望完全替代银浆的运用，然后完成有用降本。铜电镀技能全体分为图形化和金属化两大环节。图形化环节：种子层的中心作用是改进 tco 的附着力，一般选用镍或镍-铜合金。但镀制的种子层需要在结束电镀后，进行种子层的回蚀，添加了供需，影响了技能的量产性。当前可选择的办法有选择性种子层堆积或无种子层技能。2022 年 9 月，迈为 &sundrive 双面微晶无种子层直接电镀功率 26.41%。图形化的中心环节在于制备选择性沟槽，以便进行下一步电镀环节，当前常见的办法有曝鲜明影和激光开槽两种。

金属化环节：中心为电镀环节。根据罗博特科布告，当前市道上比照干流的首要是笔直升降式电镀、笔直接连电镀、水平电镀三个方向。笔直电镀在 pcb 领域使用广泛，但缺陷在于主动化水平较低；水平电镀主动化程度高，可长时刻平稳作业，但技能需求高，长时刻为国外独占。东威科技光伏电镀道路为笔直电镀，一起掌控水平电镀技能（首要用于 pcb 领域），公司水平电镀技能为国内创始；罗博特科的方案差异于笔直升降式电镀、笔直接连电镀、水平电镀三种方案；捷得宝光伏电镀道路为水平链式。根据布告和官网信息，东威科技和捷得宝设备产能均抵达 6000 片/小时。

铜电镀有望变成光伏电池金属化终极方案。缘由在于该技能道路不但可以有用实现降本，而且对光伏电池功率前进亦有协助。从栅线描摹来看，铜电镀可以将栅线宽度降至 15μm，高 26μm，外观愈加平直。从触摸部位微观规划来看，铜电镀的触摸部位较银浆打印烧结技能更细密，空位更少。

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当前金属化技能包括丝印、钢板打印、激光转印、无主栅、铜电镀等，估计将来 5 年内丝印技能仍将占有干流方位。要害假定： 1）商场占比：根据 cpia 数据，2022 年丝印的商场占比仍高达 99.9%。由于高效电池对栅线宽度的需求，各种替代道路鼓起，假定 2023-25 年丝印道路商场占比为 95.5%/89.2%/82.0%，钢板打印商场占比为 1.0%/2.0%/3.0%，激光转印商场占比为 1.0%/2.0%/3.0%，无主栅商场占比为 2.0%/5.0%/8.0%，铜电镀商场占比为 0.5% /1.8%/4.0%； 2）设备单价：假定 2023-25 年丝印机单价为 0.41/0.36/0.33 亿元/gw，激光转印设备单价为 0.33/0.32/0.30 亿元/gw，电镀铜设备单价为 1.96/1.86/1.77 亿元/gw；则 2023-25 年丝印机（含钢板打印）商场空间为 96.7/81.4/74.4 亿元，激光转印设备商场空间为 2.7/4.5/6.6 亿元，电镀铜设备商场空间为 9.0/28.7/70.8 亿元。

要害假定： 1）假定丝印和钢板打印选用银浆，激光转印一半选用银浆，一半选用银包铜浆料，则 2023-25 年银浆道路占比为 97.0%/92.2%/86.5%，非银浆道路占比为 3.0%/7.8%/13.5%。其间银包铜道路占比为 0.5%/ 1.0%/1.5%，电镀铜道路占比为 0.5%/1.8%/4.0%； 2）根据 cpia 数据，2022 年 perc 电池银耗量 91mg/片（正银+背银），topcon 电池银耗量 115mg/片，hjt 电池银耗量 127mg/片，依照 21.0%/22.5%/23.0% 的组件端功率，perc、topcon、hjt 单瓦银耗别离为 13.13/15.48/16.72 mg/w。跟着打印技能前进，电池单瓦银耗长时刻呈降低趋势，假定 2023-25 年 perc 单瓦银耗 12.86/12.61/12.35mg/w，topcon 单瓦银耗 15.17/14.87/14.57mg/w， hjt 单瓦银耗 16.39/16.06/15.74mg/w，其他类型电池均匀单瓦银耗同 perc；则 2023-25 年高温银浆需要量 5267/6185/6895 万吨，hjt 用低温银浆需要量 359/863/1181 万吨。

要害假定： 1）商场占比：根据 cpia 数据，2022 年 9 主栅及以上技能商场占比为 100%，其间 9bb 占比 34%，10bb 占比 34.2%，11bb 及以上占比 31.8%。假定 2023-25 年 9bb 以上技能商场占比为 70%/72%/74%，无主栅技能商场占比为 2.0%/4.0%/6.0%； 2）设备单价：跟着主栅数量添加，对准精度需求前进，串焊机单价前进。假定 2023-25 年一般串焊机单价为 1900/1850/1800 万元/gw，多主栅串焊机单价为 1995/1943/1890 万元/gw，smbb 串焊机单价为 2052/ 1998/1944 万元/gw，无主栅串焊机单价为 2090/2035/1980 万元/gw。则 2023-25 年串焊机商场空间为 56.4/65.1/65.5 亿元。

7、激光的使用：沿着功率曲线，寻找用武之地
1）标准光照下，首要功用：光写入

异质结电池在经过光照后，会呈现功率前进的表象。可以的缘由在于，经过升温激活 sinx 中的 h 原子，经过光照控制 h 原子的价态，使 h 原子在发射极和基底与复合中心联系，究竟完成杰出的钝化作用。在光源方面，可以选择激光或 led。

根据余友林《硅异质结太阳电池光写入功能增益分析》数据，异质结太阳电池在 1-sun 标准光强下入光面次序为正面-不和-正面时，功率呈现两次前进。初度进行正面光写入时，电池功率在 1h 内抵达平稳，所发生的必定功率增益为 0.22%。接着进行不和光写入，电池在 2h 光写入后从头抵达平稳，累计发生的必定功率增益为 0.42%。最终再次进行正面光写入 1h 后，电池功能无显着改变。

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2）激光功率 30w/mm2，首要功用：加热，使用领域：se、硼扩

不管是硼扩仍是磷扩，都会在硅基体表面构成硼硅玻璃/磷硅玻璃，然后以硼原子或磷原子的方法向硅基体涣散。而涣散掺杂的本质是原子的热运动，因而使用激光的精准特性完成对硼硅玻璃/ 磷硅玻璃完成线性加热，然后完成 se（选择性掺杂）的作用。在 perc 年代，激光 se 已变成产线标配。在 topcon 电池领域，因为硼在硅的固溶度低于磷，掺杂难度更高，在推进时需要更高的能量，即采吃苦率更高的激光器。但功率过高时，简略对绒面发生损害。当前作业内激光硼扩 se 已完成打破。2022 年 10 月，晶科动力 182n 型高效单晶硅电池技能全部积电池转化功率抵达 26.1%，功率的前进首要依托界面缺陷批改、高透多晶硅膜以及激光 se 基础的超细金属电极等多项适用于大标准的先进技能。咱们认为，激光 se 技能是 topcon 电池变换功率从 25.5%向 26%效率平台跨进的要害技能。设备层面，首要有海目星、帝尔激光、英诺激光、杰普特、大族激光。

3）激光功率 10kw/mm2，首要功用：融化和气化，使用领域：激光开槽、融化

激光开槽是 perc 电池必需的技能。为了完成载流子传输，需要对钝化膜 al2o3 进行开槽，然后满足金属化需要。开槽后丝印铝浆，铝浆与硅基体触摸处构成局部铝背场（lbsf），必定程度上抵消了金属与硅基体触摸带来的复合效应。激光开槽的图形经过改进，由开始接连线型图像改为不接连短线图像。有研讨表明，选用不接连短线作为开槽图像，当技能控制真假比为 1:2 时，电池输出功能最佳。

4）激光功率 1mw/mm2，首要功用：气化，使用领域：激光转印

激光经过通明膜，照耀在事前固定在薄膜中的银浆上。其发生的热能使浆料和沟槽之间的界面区域中的有机成分汽化，并在浆料/薄膜界面处构成高压蒸汽层。当在浆料/薄膜界面处树立满足的压力时，浆料会开释到基材表面上。

5）激光功率 10mw/mm2，首要功用：气化和电离，使用领域：电池片划片

跟着半片技能在电池片封装中的使用，激光划片（切开）得到推广。激光划片主要分为有损划片和无损划片。有损激光切开：以激光烧蚀协作机械掰片，首要使用激光在电池的不和加工出一条贯穿表面深度 40-60%的切开道，再选用机械法将电池片沿着切开道掰开；无损激光切开：为激光主动低温切开电池片，不存在切开区，经过温度差进行自然裂片，无机械裂片环节，无激光加工的残留痕迹。

第一代无损划片选用冷却法。经过激光加热太阳能电池片后，再经过冷却喷头喷水冷却，热应力使电池片天然裂开，完成电池片无损害切开。最新一代的无损划片技能撤消了冷却喷头，因而也叫无水无损划片。根据大族激光宣告的内容，首要使用超快激光短脉宽、顶峰值功率特性，使材料在极短的时间内抵达预定的温度，而且使用脉冲激光高重频特性使热量在散失之前从头集合，不断累积的能量构成适合的温度梯度场，进而发生热应力诱导裂纹构成和拓宽，在无需液体冷却的情况下完成电池片的应力切开。

6）激光功率 10gw/mm2，首要功用：前进和直接分化，使用领域：mwt 打孔、玻璃打孔

当激光功率进一步增大，可以对被作用物体直接进行打孔，或切开。激光打孔在光伏领域的使用首要有两种景象： 1、mwt 电池。mwt（metalwrapthrough，金属穿孔卷绕）是一种将电池的正负电极均制备在电池的不和（背触摸，backcontact）的技能，选用激光打孔、不和布线的技能消除了正面电极的主栅线，仅保存正面细栅线，其搜集的电流转过孔洞中的银浆引到不和，使得电池的正负电极点都分布在电池片的不和。 2、光伏玻璃打孔。首要用于在双玻组件的背板玻璃上制备出线孔。因为激光打孔具有良率、功率、本钱方面的优势，逐步替代机械打孔变成干流道路。

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8、当不时点：topcon 扩产具有断定性， hjt 到了降本要害节点
根据咱们对新技能出资的三期间区别：第一期间：商场重视“概念”与“认知前进”，要点方针为技能的领先性与量产可行性。关于改动工业链获利分配的严峻技能改变，一般呈现一级商场与二级市场共振的局势；第二期间：商场重视“完成程度”，要点方针为先行者的盈利情况。量产顺畅的情况下，新技能会带来超量收益。此时量产才能作为查验公司技能实力与实施落地才能的标准，“完成”的公司会获得进一步的重视；第三期间：在超量收益的招引下，以及先行公司技能涣散的股动下，大批社会资本初步进入新技能出资。此时要点方针为技能的可仿制性，也是查验新技能壁垒的重要时期。关于技能壁垒高、依靠公司归纳实力而非单个职工的领域，技能扩散的技能会相对较慢，先行公司获得超量收益的时刻会拉长。

当不时点，topcon 正处于第二期间向第三期间过渡的时期，晶科、捷泰等先行公司已获得超量收益的验证，并招引本钱加速出场。根据咱们不完全计算，到 2022 年 12 月底，topcon 已投产 71.65gw，在建 209w，方案待建 215gw。 hjt 则仍然处于第一期间向第二期间过渡的时期。尽管华晟新动力、金刚光伏、爱康科技等已有 gw 级的工业投产，但受制于 hjt 本钱下风，组件产品仍捆绑于有些对价格承受程度高的细分商场。据咱们不完全计算，到 2022 年 12 月底，hjt 已投产 10.38gw，在建 88.4gw，方案待建 111.14gw。

而制约 hjt 降本的最大环节，正是金属化环节。因为低温银浆的天然特性，目前单耗仍处于较高水平（150mg/片），加上低温银浆进口比例高，反映到银浆单瓦本钱上，hjt 为 0.12 元/w，topcon 为 0.08 元/w，perc 为 0.05 元/w （到 2022 年 11 月底）。能否如期完成 hjt 银耗降低，变成 hjt 走向量产的决速步。咱们重视 2022 年底至 2023 年头银包铜+0bb 的实践使用情况，抱负情况下可以将银浆本钱降至 0.05 元/w 邻近，完成与 perc 打平。

（这篇文章仅供参阅，不代表咱们的任何出资主张。如需运用有关信息，请参看陈述原文。）

精选陈述来历：【将来智库】。

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