焦点热文：TOPCON路线之争：晶科、钧达LPCVD和与通威、晶澳的PECVD谁主沉浮

TOPCon当前主要技术路线中，LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压力化学气相沉积法）技术成熟、良率稳定，行业认可度较高，目前占据相对主导地位；PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，离子体增强化学的气相沉积法）虽然良率较低，但成膜速度快、绕镀小。有光伏行业分析师认为，2022年下半年或到2023年上半年，PECVD的技术突破值得关注。

Topcon的技术核心

在讲清楚这个问题之前，先要回顾一下TOPCON电池的核心结构。

(资料图)

Topcon电池的核心原理，就是在Pert的结构上多增加两层结构。

图中蓝色部分，超薄隧穿氧化硅层，是Topcon电池片结构的精髓；利用量子隧穿效应，既能让电子顺利通过，又可以阻止空穴的复合。

图中红色部分，掺杂多晶硅层，共同形成背面钝化接触效应。

典型的Topcon电池的制备流程，见下图。

从上图可以看出，Topcon电池的制备工艺，核心就是图中的棕色部分，亦即薄膜沉积工艺。

薄膜沉积：CVD技术路线之争

对于Topcon电池片设备而言，其他工序可以和原有的PERC电池片共享或者稍作升级。

但薄膜沉积工艺是Topcon电池技术的核心，在技术路线选择上，要尤其慎重。

PVD：物理气相沉积。顾名思义，就是使用蒸镀、溅射这些物理方式，使目标材料在基底上成膜。

CVD：化学气相沉积。和PVD不同，通过化学反应，在硅片表面形成一层固体薄膜。

从目前的几家主流的电池片厂商所采用的研发或者生产路线来看，大家不约而同的选择了CVD技术路线。其中不同的，是在CVD细分方向上的选择。

先来比较一下最主流的两种技术路线：LPCVD和PECVD。

无论采用哪一种技术路线，核心要解决的问题，就是尽量用更低的能耗、更快的速度、更好的质量来形成薄膜沉积。

而从常识出发，我们可以知道这是一个不可能三角，不可能有一种解决方案同时满足所有要素。

LPCVD

上图是一个典型的LPCVD的例子。所谓LP就是英文低压（Low Pressure）的缩写。

我们知道在常压下，气体分子运动速率快于化学反应速率，成膜时反应不完全形成孔洞，影响成膜质量。

通过真空泵将炉腔内抽成低压，而低压使得在适当温度下，分子的运动速率慢于化学反应速率，提高了成膜质量。

PECVD

PECVD同样也是CVD技术，差异在于PE（Plasma Enhancd），中文翻译就是等离子增强气相沉积。

与之前提到的抽低压技术不同，PECVD的工艺核心是在反应炉外增加一个可变频率的电场，也就是上图的RF+Match部分。

施加的电场把目标材料源气体电离，增加气体活性，实现在不升高温度的前提下提高气体的反应速率

ALD

PVD、CVD、ALD 技术均为薄膜气相沉积技术，但其工艺原理有所区别。

其中 PVD 是利用物理过程实现镀膜，CVD 和 ALD 均是通过化学反应制备固态物质实现镀膜。

ALD （Atomic Layer Deposition）技术是一种特殊的真空薄膜沉积方法，具有较高的技术壁垒。

通过ALD 镀膜设备可以将物质以单原子层的形式一层一层沉积在基底表面，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。

读起来可能有点拗口，用图例可能会看得更清晰一点。

对照上图，我们可以看到ALD主要分为几个步骤的循环。

铝源注入：加热后的三甲基铝（TMA）蒸汽注入为金属铝源，其中TMA包含一个铝原子+三个前驱体原子。

气体清洗一：使用惰性气体，将多余的 TMA 蒸气和反应副产物甲烷带出反应室。

氧源注入：水蒸气脉冲进入反应室和 TMA 前驱体吸附的表面继续进行表面化学反应。

气体清洗二：清洗气体把多余的水蒸气和反应副产物甲烷带出反应室。

上面的过程循环往复，每次循环实现镀膜一层原子，直到镀到目标厚度停止。

使用ALD设备镀膜，可以实现三大优点，即三维共形性、均匀性（致密且无孔）、原子级的厚度控制。

最终镀成的膜，长成这样，尤其适合不规则形状的均匀镀膜。

从上图可以明显的看到，由于镀膜质量不均匀一开始PVD技术就出局了。

而CVD和ALD技术，在改进后还在一争高下。

当然，ALD技术良好的成膜质量，也是以牺牲了成膜速度为代价的。

在工业化量产的领域，则需要寻找质量、效率、经济性的平衡点

TOPCON电池流程厂商简单梳理

制绒（捷佳伟创，金舟）。硼扩（拉普拉斯做得最好，北方华创，捷佳伟创也会做），背面碱抛光（捷佳伟创，金舟）。

背面隧穿氧化层和多晶硅层沉积（LPCVD，PECVD，PVD三种路线），LPCVD先通过热氧化方式长1-1.5nm的遂穿氧化层，再长本征非晶硅层，结合磷扩散，形成掺杂多晶硅层。PECVD先用PECVD方式长1-1.5nm的遂穿氧化层，再长掺杂非晶硅层，厚度约为100-150nm之间。

PVD方式和PECVD差不多。LPCVD做的最好的是拉普拉斯，PECVD做的比较好的是捷佳伟创和红太阳两家，北方华创和金辰其次，红太阳的设备在通威，晶澳，中来都有在试用demo机，PEALD微导在做，由于隧穿氧化层通过有机硅的方式实现生长，成本会更高，PEALD这条路线未来不会选择。PVD中来在做。

退火，掺杂非晶硅层晶华，形成掺杂多晶硅。磷从非激活态变成激活态刻蚀清洗，链式设备把表面PSG去掉，再通过碱刻蚀把正面绕镀的多晶硅去掉，然后做槽式清洗，把正面的BSG掩膜，背面PSG掩膜去掉（捷佳伟创，金舟等）正面氧化铝钝化，管式ALD（捷佳，微导）或板式ALD（理想）。正背面氮化硅钝化，管式PECVD（捷佳，红太阳）。丝网印刷，在正背面形成金属化电极（迈为，科隆威，捷佳伟创）。电注入或光注入（迈为，奥特维，科隆威）。测试分选（迈为等）

写在最后

从技术原理来看，三种技术路线在新型电池技术领域都有应用空间，其中 PVD 应用环节相对单一，CVD 和 ALD 可能的应用环节较多。

捷佳伟创、金辰股份是为数不多同时布局LPCVD、PECVD设备的企业。2022年4月，捷佳伟创在接受机构投资者调研时表示，公司在TOPCon技术路线上进行了全面布局，能够提供包含LPCVD及PE-poly在内的TOPCon整线工艺设备及配套的自动化设备，目前两种设备均在客户端使用情况良好。

金辰股份管式PECVD样机已试用于晶澳科技、晶科能源等客户。该公司N型TOPCon 电池平均效率大于24%，最高效率 24.5%。

效率上限决定了何种电池技术路径有更长远的利润释放，是电池技术路径升级的判断标准，而成本决定了短期何种电池技术可以最早实现量产。

另外除工艺设备外，激光设备也是TOPCon产业链不可忽视的环节。

“激光在硼扩当中的应用是最近关注度比较高的新技术，理论上一次硼扩技术可以把TOPCon电池效率提升0.4个百分点，目前实际应用是在0.2个百分点，未来可能还有0.2个百分点的效率提升空间。如果效率能够持续提升，该技术也能够在TOPCon领域得到大规模的应用。”上述光伏行业分析师称。

帝尔激光产品包括激光扩硼设备。公司是激光加工设备龙头，2020年完成TOPCon硼掺与开膜技术工艺论证。

材料方面，银浆国产化将帮助TOPCon进一步降本。目前，TOPCon银浆国产化率仅约20%，国产化进程亟待加速。

据帝科股份2021年年报，公司“N型TOPCon电池硼扩发射极接触银铝浆产品开发”已处于中试阶段；2022年5月，帝科股份在互动平台表示，公司应用于TOPCon电池的成套导电银浆已实现大规模量产出货。

当然实验室理论和工业量产，永远不是同一件事，一切没有规模化量产印证的技术都是泡沫。

关键词：