新闻
  • 新闻
  • 产品
  • 企业

当前位置:

光伏 > 光伏设备 > 正文

深度报告 || HJT设备产业化发展潜力探析

光伏设备  来源:未来智库    2020/11/6 14:00:38  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:核心观点:设备是解决 HJT 效率提升和成本下降两大产业化难题的关键点之一,结合 HJT 电池的制造特点,通过梳理主流厂商 PECVD 和 PVD 设备的工艺技术路线、设计理念和发展现状,探究了 HJT 设备产业化的发展潜力, 认为通过多角度挖潜,PECVD 和 PVD 设备降本提效仍具挖潜空间,看好国产设备厂商与下游电池厂商共同推进 HJT 产业化到来。

HJT 设备产业化:量产稳定性与成本竞争力的有效平衡

我们认为,HJT 设备需兼顾量产稳定性和成本竞争力方能实现真正意义上的产 业化,这意味着在设备和工艺的磨合联动下,设备端在不增加或仅增加少量硬 件成本的情况下实现单台设备产能的提升,且电池端可连续、稳定地生产和制 造平均量产效率高出 PERC 1.5%左右的 HJT 电池。

PECVD:降本增效为系统工程,存在难度但潜力可期

从市场主流 HJT PECVD 供应商供应的 PECVD 特点看,设备厂商在设计理念 上各具特色,但体现出在提升镀膜质量和优化设备产能方面的持续追求。我们 认为,通过多角度挖潜,PECVD 产能、效率、稳定性等仍具向上提升空间, 提效降本潜力可期。

PVD:国产化降本空间相对有限,靶材优化料助力提效

PVD 整体工艺较为成熟,难度低于 PECVD,各家设备厂商在技术端差异不大, 单台设备产能已实现较高水平,且基本已处于半国产化状态,国产化降本空间 相对有限。产能提升并非 PVD 设备向上优化的瓶颈,努力方向在于改善 TCO 薄膜透光性、均匀性、传导性等指标进而提升电池转换效率,未来靶材的创新 优化或助力进一步突破效率瓶颈。

设备是 HJT 产业化的关键瓶颈之一,其中 PECVD 和 PVD 价值量占比最高,技术难度最大,是提升 HJT 电池效率 和降本的核心环节。本篇报告将从当前 PECVD 和 PVD 设备的主流技术路线和产业发展现状出发,探究 HJT 设备未 来产业化潜力。

一、HJT 设备产业化:量产稳定性与成本竞争力的有效平衡

PERC 效率挖潜或接近极限,降本需求驱动电池片向高效率技术迭代:2014~2019 年 PERC 量产效率从 20.1%提升至 22.5%,保持着每年 0.5%的效率提升速度。目前,通过技术的升级优化,PERC/PERC+的量产效率已突破 23%,或 可进一步向 23.5%靠近,但效率挖潜空间正逐步接近极限。光伏需求大规模释放关键在于相比传统能源可体现更好 的经济性,因此光伏产业具备持续降本需求,高效率低成本技术路线或为终极答案。

14042946205540.jpg

HJT 为平台型技术,提效潜力巨大,有望成为下一代主流技术:HJT 电池本征非晶硅层将 N 型衬底与两侧的掺杂非 晶硅层完全隔开,实现了晶硅/非晶硅界面态的有效钝化,带来了相比 PERC 更高的开路电压,从而实现了更高的理 论转换效率。HJT 最高研发效率达到 26.63%,由日本 Kaneka 创造,未来HJT 技术为平台增加叠层技术有望突破 30%的效率水平。现有异质结中试线平均量产效率已普遍接近 24%或达到 24%以上。此外,HJT 双面率高、弱光性 能好、光照稳定性高、温度系数低、无 PID 现象,具有一定的发电增益,从 LCOE 角度出发,HJT 相比 PERC 可以 溢价 20%,从效率角度出发,HJT 效率高出 PERC 1.5%以上则可体现出性价比优势。

14042974205540.jpg

HJT 工艺步骤简单但十分敏感,要求更加严苛:HJT 生产步骤仅包括制绒清洗、PECVD、PVD/RPD、丝网印刷和 光注入退火五个环节,对应设备分别为制绒清洗设备、PECVD 设备、PVD/RPD 设备、丝网印刷设备和光固化炉。HJT 特殊的晶硅/非晶硅界面态钝化结构对工艺、设备、生产环境、操作水平、材料配套等提出了更加严苛的要求, HJT 尽管工艺步骤简单,但敏感度高,薄膜厚度、压力、真空度、洁净度、流量气体的通过、沉积速率、零部件的 放置位置等各种因素的细微差异均会对镀膜质量产生影响,进而影响电池效率。

设备为 HJT 突破产业化的关键一环:当前 HJT 产业化面临两大难题,一是转换效率尚未较 PERC 取得 1.5%的效率 差优势,二是量产成本相比 PERC 仍然较高。在 HJT 提效降本的过程中,设备具有不可忽视的关键作用,尤其是价 值量占比最高、技术难度相对较大的瓶颈设备 PECVD 和 PVD。一方面,设备硬件结构设计及参数指标的优化,能 够提升 HJT 电池转换效率和量产稳定性;另一方面,单台设备产能的增加和设备国产化,可降低初始投资成本和 HJT 电池综合成本,进而提升 HJT 电池量产经济性。

而 HJT 设备产业化的关键在于有效平衡量产稳定性与成本竞争力:我们认为,HJT 设备需兼顾量产稳定性和成本竞 争力方能实现真正意义上的产业化,这意味着在设备和工艺的磨合联动下,设备端在不增加或者仅少量增加硬件成 本的情况下实现单台设备产能的提升,且电池端可连续、稳定地生产和制造平均量产效率高出 PERC 1.5%左右的 HJT 电池。

HJT 已实现整线国产化,后续降本推力主要在国产设备性能优化和进口零部件国产化:不同于 PERC 技术发展早期, 当前国产设备厂商在 HJT 的设备开发及验证进度方面并不弱,尤其在瓶颈设备 PECVD 环节也已实现较大突破,前 瞻性的研发布局使得国产设备厂商已具备一定的实力与下游电池厂商开展合作,共同推进技术迭代。目前 HJT 各环 节均有国产设备供应商,国产设备的先期导入缩短了 HJT 设备维持高价的时间窗口,带动了 HJT 初始投资成本的快 速下降。全进口设备单 GW 投资金额约为 8~10 亿元,而全国产设备单 GW 投资金额约为 5~6 亿元,短期有望进一 步降至 5 亿元以下。预计未来设备进一步降本空间主要在设备性能提升和进口零部件国产化。

14042975205540.jpg

二、PECVD:降本提效为系统工程,存在难度但潜力可期

(一)技术路线优势各异,降本提效“殊途同归”

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)指借助微波或射频波使腔室内的反应气体分子电离,形成的高化学活性等离 子体在基片表面发生化学反应,沉积成膜。PECVD 在传统晶硅电池中主要用于钝化层和减反层薄膜的沉积,薄膜厚 度均大于 100 nm;HJT 技术采用 PECVD 在硅片正反面先后沉积两层非晶硅薄膜用作钝化层,钝化层的厚度需控制 在 5~10 nm,其质量的好坏将直接影响电池片的输出效率,对薄膜的均匀性、致密度、容错率要求非常严苛,设备 技术难度大,壁垒高。

PECVD根据等离子发射源的运作情况,可分为动态和静态PECVD;根据设备结构,可分为链式、团簇式和U型PECVD;根据射频频率的不同,又可分为 RF-PECVD 和 VHF-PECVD。

14042949205540.jpg

1、静态镀膜运行稳定,动态路线产能优势突出

静态镀膜工艺运行时,固定硅片的载板在成膜期间静止不动,射频电源需进行开关转换,等离子体不断开启和关闭, 导致节拍时间被迫增加,超过实际镀膜时间。动态镀膜方式下,等离子体在腔室内不间断产生,放置硅片的载板按 照设定的速度移动,成膜厚度由载板在腔室内的移动时间决定,所用节拍时间大幅缩短,提高了真空系统使用效率, 产能更高,设备成本相对更低。

但由于非晶硅薄膜沉积过程对各种环境因素的变化具有高度敏感性,动态镀膜工艺中硅片处于移动状态,会在腔室 内引入气流紊乱,严重影响薄膜质量,因此,大多数公司采用了静态镀膜工艺,迈为结合动态和静态两种镀膜工艺 的优势,开发了准动态镀膜方式,有效提升了腔体使用效率。

2、链式结构简单,团簇式自动化配套难度大

为避免交叉污染,大多数厂商的链式(in-line)设备配有多个腔室,单一腔室内仅进行单一类型薄膜的沉积,各沉积 腔室呈链状直线排开,硅片出口和入口位于设备两端,属于顺序、串行式的结构,占地面积较大。目前多数公司采 用链式结构,一些公司还基于链式结构进行改造。

梅耶博格采用盒中盒式的结构,小的沉积腔室位于大的真空腔室中,反应气体只通入里层小腔室,外层大腔室 内不进行薄膜沉积工艺,并通以氮气进行惰性保护,这种结构可便于腔室清洁,并减少设备的维修次数,此外, 梅耶伯格的 S-Cube 结构配有在线清洗功能,可使用 NF3 在等离子辉光条件下在线清洗腔室。

理想万里晖的套盒结构利用其独家的抽屉式反应腔工艺,将单一的反应腔室分割成多个子腔室,并同时运行工 艺,可使产能翻倍提升,目前公司的双腔室叠层设备已实现量产。

14042937205540.jpg

14042925205540.jpg

团簇式(cluster)设备以中央传输室为中心,各沉积腔与相应的进出通道围绕在其周围,属于并列、并行式的结构, 各腔室相互独立、互不干扰,不同腔室同时进行作业,可同时处理较多硅片,产能较大。团簇式 PECVD 需要采用 机械手或磁臂在中央传输室和各沉积腔室间进行基片传送,传输过程易造成碎片,对机械手的传输效率及稳定性具 有较高的要求,且由于托盘进入各腔室每次都要通过传输腔的中转,增加了机械手的工作负担,减少了机械手的使 用寿命。总体来说,团簇式 PECVD 可通过增加周围沉积腔室的数量来增加硅片的并行处理量,实现产能提升;但 传送系统较为复杂,对自动化配套设备的要求较高,目前应用材料、INDEOtec 采用了这种布局方式。

除链式和团簇式结构外,理想万里晖设计了进片腔、反应腔、传输腔、反应腔、出片腔共同构成的 U 型结构,可有 效利用客户生产场地面积,同时便于后期自动化设备的匹配,可减少机械手传输次数,节省腔体空间,从而降低生 产成本。

14042934205540.jpg

3、RF 镀膜均匀性好,VHF 高沉积速率提升产能

气体分子在外加射频场下被电离成对应的等离子体,按照射频施加频率的不同,可分为 RF-PECVD 和 VHF-PECVD 两种,其中 RF-PECVD 的频率一般为 13.56MHz,VHF-PECVD 的频率一般在 30-300MHz 之间。由于射频频率与电 子和气体分子的碰撞几率成正相关关系,一定范围内升高射频频率,反应气体的分解速率将加快,短时间内产生大 量反应活性基团,可提升薄膜的沉积速率;另一方面,高频场下腔室内的电子浓度增加、反应温度和直流自偏压降 低,能够减小等离子体的离化程度以及轰击效应,且有利于生成更多的反应前驱物,保证了薄膜优质生长,薄膜缺更少、致密性更佳、电导率更高。

但是高频场极易导致更多非均匀源的出现,从而引发驻波、奇点等效应,膜面容易脱落或出现条纹,使得薄膜的均 匀性变差;此外,由于甚高频下薄膜的沉积速率会大大增加,不利于沉积过程中对薄膜厚度的精准控制,同时薄膜 厚度的增加也会导致透光率的降低。

投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#换成@)
北极星太阳能光伏网声明:此资讯系转载自北极星电力网合作媒体或互联网其它网站,北极星太阳能光伏网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考。
热点关注
2020年度盘点|光伏电站大业主之国企篇

2020年度盘点|光伏电站大业主之国企篇

从2009年特许权招标的实施到领跑者计划的出台,在光伏领域国企身影频现,而五大发电集团凭借其雄厚实力更是从最初参与者跻身为电站巨头。时至岁末,北极星太阳能光伏网特从累计装机、竞平价项目、电站投资计划及光伏电站交易四大方面盘点2020年国企中的光伏电站大业主。一、累计装机,国家电投以超25GW

--更多

新闻排行榜

今日

本周

本月

最新新闻
相关专题

关闭

重播

关闭

重播

关闭

关闭

本周热门关键词:

Email订阅最新光伏资讯

订阅