TOPCon设备专题报告：规模量产PECVD成为主流工艺

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1、一、行业转型，PERC电池到TOPCcm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（TC）PCon）技术.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（n+）、P型硅片基底；对比，TOPCon电池由外到里，依次为SiNx膜、AI2O3膜、P型发射极（p+）、N型硅片基底。区别在于新增AI2O3膜，以及改成P+发射极、N型硅片

2、基底。从电池结构背面看，PERC电池由外及里，依次为SiNx膜、AI2O3膜；对比，ToPCon电池由外至里，依次为SiNx膜、N型多晶硅薄膜、S22膜。区别在于，去除AI2O3膜、新增N型多晶硅薄膜、Si02膜。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：3.AI2O3（45nm）由于具备较高的负

3、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SiO2(PELPALD20040060080010Temperatrue：尸行场廊影瞬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(IoO-20Onm),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

4、响隧穿效果，影响电池效率，因此更看重Si02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。LPCVD/PECVD/ALD路线制备的Si02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Si02膜层密度为2.2g/cm3,LPCVD制备的Si02膜层密度为2.15gCm3,不及PEcVDoALD制备的Si02膜层密度与温度影响大，在600C时，制备的SiO2膜层密度为2.15gcm3,与IPCVD相当。与之相对应，从酸刻蚀速度看，LPCVDPECVD热氧化法。从膜层

5、均匀性角度看，ALDPECVDLPCVD;从膜层均匀性角度看，AID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3iO2膜层均匀性最好，膜层粗糙度仅0.12018nm。而LPCVD/PECVD制备的Si02膜层粗糙度分别为1.36nm、1.38nm.（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AI2O3膜层，主要的制备方法为PECVD.ALD.实际生产中,ALD制备AI2O3,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，

6、代表企业捷佳伟创、北方华创、红太阳等。对于TOPCon背面，SQ2膜层，LPCVD、PECVD.ALD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。图33：TOPCon电池结构中,各类腋二点睨备方法位置膜层LPCVDPECVDPVDALDPEALD,正面AI2O3Best正/背面SiNxBest背面SiO2背面PolySi;二/小7%应仇（J0P8n生-YLPCVD是排该计（正好R2021L,*和是

7、寺以演反相对应,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，Si02层由PECVD完成搀杂多晶硅层由PVD完成。LPcVD+离子注入路线、PECVD.PVD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SQ2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Si02和多晶硅层，能够弥补LPCVD技

8、术存在的不足。LPCVD/PECVD/PVD各路线对比：LPCVD工艺最成熟,应用最快，且膜层质量较高。但它不足之处体现在：1）原位掺杂难，需分两步走，即先沉积本征多晶硅层，再进行磷扩或离子注入法进行掺杂；2）绕镀严重，LPCVD绕镀是在电池正面、侧面全部镀上Si02膜跟掺杂多晶硅膜，有效产能减半、且清洗可能导致电池损坏；3）石英管维护问题，LPCVD内石英管上全部沉积上所镀的膜层，需要定期停机替换、清洗，带来石英管替换成本、以及机床维护费用；PECVD工艺成熟度仅次于LPCVD路线，其优点明显：1）可以加入磷烷PH3,进行原位掺杂；2）轻微绕镀,清洗容易。PECVD绕镀出现在电池侧面及正面边

9、缘，清洗时正面BSG对碱液起保护作用,清洗过程简单可控;3）沉膜速度快,原位掺杂时,沉膜速度在10nmmin之上;PECVD路线缺点，主要是爆膜问题，但根据研究，通过背面微制绒，可有效解决爆膜问题。PVD工艺成熟度最低，但其优点体现在：1）可原位掺杂；2）无绕镀：3）不使用危险气体，如硅烷、磷烷等；4）原材料硅基靶材成本低。但PVD路线缺点主要体现在：1）设备成本高；2）占地面积大；3）根据ISFH观点，PVD方法可能有钝化效果差、接触电阻高等劣势。（四）TOPCon各环节竞争格局及价值量拆分TOPCon工艺各环节中，传统工艺环节（丝网印刷除外）竞争较为激烈，隧穿层及掺杂多晶硅层制备环节竞争相

10、对放缓。TOPCon工艺环节包括制绒、扩散制结、刻蚀、隧穿层及多晶硅层沉积、清洗、正反面钝化层、金属化。根据迈为招股书资料，在制绒、扩散制结、刻蚀、湿法刻蚀清洗、PECVD镀SiNx膜等环节均呈现厂家相对较多、竞争相对激烈的特点。TOPCon在隧穿层、掺杂多晶硅层制备环节竞争相对放缓。按多晶硅制备工艺路线分为LPCVD、PECVD.PVD,LPCVD厂商主要包括：拉普拉斯、红太阳、赛瑞达、北方华创等；PECVD厂商主要包括：捷佳伟创、红太阳、金辰股份、北方华创等。PVD路线厂商主要是江苏杰太；另外，江苏微导提出PEALD二合一设备，可用于制备隧穿层及掺杂多晶硅层。从经济性角度看，PECVD路线

11、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。四、TOPCon路线设备布局厂商，产能统计从已建成

12、产能看，根据不完全统计，当前TOPCon已建产能约69.75GW。其中，晶科目前已投产产能24GW,为TOPCon产能最大的企业。其次，中来股份目前共建成产能7.6GW,分为江苏泰州3.6GW产能，山西太原4GW0江苏泰州3.6GW中，最先建成的2.1GwToPCOn产能，公司采用LPCVD路线。后续建成的所有产能均采用PVD路线。此外，天合光能、钧达已投产产能达到8GW,一道新能己投产产能达到6.25GW。从远期规划产能看，据不完全统计，目前TOPCon规划代建总产能超470GW。其中，包括晶澳27.3GW,晶科待建IlGW,天合光能待建33GW,钧达规划23GW,一道新能待建14GW产能，

13、协鑫规划30GW。跨界TOPCon玩家包括沐邦高科、皇氏集团、仕净科技等。五、投资分析（一）捷佳伟创公司是国内电池片设备龙头，主要产品包括清洗设备、制绒设备、扩散炉、刻蚀设备、PEeVD设备和自动化设备等晶体硅太阳能电池生产设备。并且在TOPCon.HJT、IBC、钙钛矿等新技术路线上进行了全面布局。在ToPCon技术路线上公司已具备整线设备交付能力，PE-PoIy设备已累计获得超50GW订单。公司核心设备PE-PoIy和硼扩散设备已成功交付客户量产运行。PE-PoIy,即采用PECVD技术，实现了隧穿层、Poly层、原位掺杂层的“三合一”制备，不仅解决了传统ToPCon电池生产过程中绕镀、能

14、耗高、石英件高损耗的固有难点，而且大大缩短了原位掺杂工艺时间，提高了生产效率，有效提升TOPCon的转换效率和良率，进一步加快TOPCOn电池的大规模产业化。同时，公司是行业内为数不多能提供TOPConSE设备的厂商，助力客户进一步提升TOPCon量产效率。HJT路线也完成GW级产线设备出货.在HJT技术路线上，公司为满足新设备、新材料、新工艺的验证，打造高效HJT技术全流程交钥匙解决方案，在下属子公司常州捷佳创建立了HJT中试线，并于2021年7月HJT中试线高效电池首片下线。伴随着首片下线，HJT制绒、非晶硅镀膜、TC0、丝网印刷等四道工序的主机及自动化全线贯通,该项目所有工艺设备及自动化

15、设备由公司自主研发,具有完全知识产权，标志着公司HJT电池技术和设备研发再上新台阶.公司创新性的管式PECVD已进入工艺匹配和量产化定型；公司自主研发的PAR持续优化，稳定性能,助力异质结再创新高，其转换效率的显著优势已在客户端得到了充分的验证.在钙钛矿电池技术路线上，公司RPD设备取得了钙钛矿中试线的订单，同时钙钛矿的整线设备也进入了研发阶段。（二）帝尔激光公司是光伏激光设备，全面布局各电池路线激光技术应用。在PERC时代，公司PERC消融、PERCSE产品市占率持续保持80%左右。目前，公司全面布局各电池路线的激光应用，包括TOPConSE设备、HJTIJA修复设备、IBC激光开槽等，并拓

16、展显示面板新领域的激光设备，未来有望受益于研发技术持续落地。TOPConSE具有广阔发展空间。根据上海交通大学教授沈文忠2022年1月在SCl发表文章观点，TOPCon光伏电池的SE技术成熟后，在大规模生产中可以提升1%的电池转换效率。TOPCon激光SE成熟后可提高1%电池效率，或将成为行业标配，公司有望率先受益：帝尔激光作为光伏激光SE设备龙头，与客户有深入合作交流，客户在新建设TOPCon产线时选择预留激光的接口。激光转印节省33%浆料，有望全面替代细栅的丝网印刷：PTP技术由Utilightltd公司（帝尔以色列）开发，已成为公司的全球专利。帝尔激光转印在PERC产线上已完成论证：激光转印的栅线更细，可达到18微米以下，实现节省浆料30%；印刷一致性高，误差在2微米，同时适用于低温银浆；激光转印为非接触式印刷，可以避免挤压式印刷存在的隐裂、破片、污染、划伤等问题，更符合未来硅片薄片化趋势。并且，激光转印技术适用于ToPCon、HJT,IBC电池路线。激光转印大幅降低银浆消耗量、有效避免隐裂问题，将极大助力电池片厂商降本增效，目前样机已经交付给头部客户做量产测试。未来激光转印有望全面替代细栅的丝网印刷，公司有望凭激光转印实现再次腾飞。