异质结TCO设备:RPD与PVD比较分析(2021年)

目录
1.专题:异质结TCO 设备:RPD 与PVD 比较1.1.HJT 降本增效潜力大,TCO 是关键一环
1.2.TCO 镀膜主要设备:PVD 与RPD
1.3.PVD 成本更优,RPD 效率更高
klein1.4.投资建议
1.专题:异质结TCO 设备:RPD 与PVD 比较
1.1.HJT 降本增效潜力大,TCO 是关键一环
HJT 电池降本、增效潜力巨大。异质结电池是一种高效晶硅太阳能电池结构,利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池,即在 P 型氢化非晶硅和N 型氢化非晶硅与 N 型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜。HJT 电池由于其低温工艺(<200℃,避免高温下的衬底弯曲)、对称结构(电池双面对称)特点,使其在薄片化方面具体天然优势,而高转换效率(叠加钙钛矿等,可达 27%以上效率)、高双面率(95%以上)则为 HJT 电池应用提供更大市场空间,因此 HJT 一直是学术研究和产业化推进的热点。
HJT 工艺简单,技术路线基本确定。HJT 电池制备工艺步骤少,仅需 4 步,远少于PERC 的8 步和TOPCon 的11 步。HJT 基本制造工艺包括清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO 薄膜沉积和金属化电极制作。从目前工艺来看,非晶硅薄膜沉积主要有两种工艺路线,分别是 PECVD 和 CAT-CVD,而 TCO 镀膜环节也主要存在两种技术路径,分别是 PVD 和RPD。此处,我们重点讨论 TCO 镀膜环节,不同技术路径的对比。
图1:HJT 电池结构及对应工序
图2:HJT 电池制备工艺流程
1.2.TCO 镀膜主要设备:PVD 与RPD
相比于晶体硅太阳能电池,HJT 太阳能电池的最大特点就是需制备TCO 薄膜。如
上述电池结构所示,由于a-Si:H 薄膜的导电性很差,通常需要在a-Si:H 薄膜表面制
备一层薄膜,用来收集光生载流子并将其输运到金属电极上。同时,迎光面的该薄
膜还必须具备减反射功能,降低电池的表面光反射损失。因此,该薄膜既要有较好
的导电性,又要有较高的透过率。通常情况下,导电材料(比如金属)的光透过性
能差,透明的氧化物导电性能较差,而TCO 是一种同时具有导电性和透光性的半导体。目前TCO 主要有氧化铟锡(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、硼掺杂氧化锌、氢
掺杂氧化铟、钨掺杂氧化铟(IWO)。
RPD 和PVD 是当前TCO 镀膜的主要工艺。制备非晶硅薄膜的技术关键主要是镀膜
设备的技术改进,而制备透明导电膜的技术关键则涉及到镀膜设备与薄膜材料  2 个方面的技术改进(此处我们重点讨论镀膜设备,对靶材相关问题不做详细讨论)。制备TCO  薄膜的方法有很多,主要可以分为物理法和化学法。物理法包括真空蒸发法、磁控
溅射法、脉冲激光沉积法等;化学法包括化学气相沉积法、喷雾热解法、溶胶-凝胶法等。目前主流方法一种是磁控溅射法(其主要靶材是ITO),另一种是反应等离子沉积(RPD)  法(其主要靶材是IWO,该薄膜是由三洋公司开发的专门适用于HJT 电池的
透明导电膜。这种薄膜具有匹配性更高的功函数,红外吸光性较低,因此更适合于单晶
硅材料对光的吸收波长范围。IWO 材料无法轧制成高密度靶,目前其振实密度只有约60%,而对于这种低密度靶材,很难使用磁控溅射法沉积(PVD),只能采用RPD 法来沉积。)。
1.3.PVD 成本更优,RPD 效率更高
PVD 工艺方案成熟,设备厂商众多。PVD 指物理气相沉积,包括真空蒸发镀膜、溅射
镀膜和离子镀膜。其中溅射法镀膜是指在真空室中,利用高能粒子轰击靶材表面,使被
轰击出来的粒子在衬底表面形成薄膜。早在100 多年前便有学者发现了溅射这一物理
现象,且该工艺优点明显:(1)任何物质均可溅射,特别是高熔点物质;(2)制备的薄
膜与衬底附着性好,因为在溅射过程中,衬底表面始终处于被等离子清洗和激活状态,附着不牢的沉积原子被清除;(3)薄膜的纯度较高,密度高,针孔少;
(4)薄膜厚度易于控制,制备可重复性好。且磁控溅射法制备的ITO 薄膜厚度均匀、致密度高、纯度高、结合力牢,并且该工艺沉积速率高,重复性好,可在大面积衬
底上均匀成膜,是目前技术成熟度最高、应用最广泛的ITO 薄膜制备方法。但是,采
用磁控溅射制备ITO  薄膜时,其工艺参数较多,要想获得综合性能优异的
ITO 薄膜,需要严格控制各工艺参数。目前该工艺已广泛用于各种样品表面刻蚀以云南桥头堡建设
及表面镀膜,磁控溅射设备也是最大众化的制备透明导电膜的设备。这种设备的供
应公司主要有德国冯•阿登纳公司、MeyerBurger 公司、Singulus 公司、钧石能源公司、Ulvac 公司。
图3:磁控溅射原理图图4:PVD 自动生产线流程
RPD 有效减少非晶硅层损伤,异军突起。HJT 的高开路电压与a-Si:H 薄膜对c-Si 表面的良好钝化有关,这就要求后续TCO 镀膜过程不能破坏a-Si:H 薄膜的初始钝化效果。PVD 虽然有如上众多优点,但由于异质结电池本身薄片化特性,其非晶硅薄膜厚度在10nm 左右,但在TCO 镀膜过程中,溅射镀膜技术中有效的粒子能量范围在1∼3eV,
但其等离子体中却含有大量的能量高于100eV 的高能粒子,如二次电子、氩离子和氧离超级电容器
子等,对基板表面有很强的轰击刻蚀作用。由于衬底直接暴露在等离子体中,等离子
促销品管理
轰击往往会造成电池性能下降或不稳定。因此日本住友开发了RPD 设备,该设备的
主要特点是利用特定的磁场控制等离子体的形状,从而产生稳定、均匀、高密度的
等离子体。如下图所示,RPD 设备使用离子源经磁场偏转后轰击到靶材料上,将靶材
原子轰击出来沉积到样品上,其等离子体能量分布相对集中且离化率更高,有效粒子
的能量分布在20∼30eV 范围内。该种方法最大的优点在于衬底不暴露在等离子体中,螺栓拉伸>希腊黑暗时代
因此对衬底表面轰击不严重。RPD 设备镀膜时的高能轰击离子很少,这就减小了非晶硅表面的损伤,提高了少子寿命。日本住友公司于2019 年将中国区域的RPD 设备制造和销售权转让给捷佳伟创公司,目前RPD 设备制造商仅有日本住友、捷佳伟创、精曜
科技,厂商较少。
图5:RPD 装置结构示意图
RPD 性能更优,对应HJT 电池转换效率较PVD 法高0.3-0.4%。RPD 设备两大优
势明显,一方面离子能量较低,而且衬底与等离子体分开,因此对硅片的轰击损伤
较小;另一方面使用RPD  法镀制的TCO  膜(IWO)的结晶度好,光的透过率高,

本文发布于:2023-06-23 16:08:49,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/xueshu/120261.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

标签:薄膜   电池   镀膜   设备   沉积   工艺   表面
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议