TOPCon核心工藝技術(shù)路線盤點(diǎn)

TOPCon 電池的制備工序包括清洗制絨、正面硼擴(kuò)散、BSG 去除和背面刻蝕、氧化層鈍化接觸制備、正面氧化鋁沉積、正背面氮化硅沉積、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)和測試分選，約 12 步左右。從技術(shù)路徑角度：LPCVD 方式為目前量產(chǎn)的主流工藝，預(yù)計(jì) PECVD 路線有望成為未來新方向。

圖片來源：浙商證券

1. SE激光摻雜工序

N型TOPCon電池生產(chǎn)工藝采用高效選擇性發(fā)射結(jié)（Selective Emitter,即SE)技術(shù)，這一道工序位于清潔制絨、硼擴(kuò)散之后，其原理是利用激光的熱效應(yīng)，熔融硅片表層，覆蓋在發(fā)射極頂部的硼硅玻璃中的B原子進(jìn)入硅片表層，B原子在液態(tài)硅中的擴(kuò)散系數(shù)要比在固態(tài)硅中的擴(kuò)散高數(shù)個數(shù)量級，固化后摻雜B原子取代硅原子的位置，形成重?fù)诫s層。通過激光在硅片與金屬柵線接觸部位進(jìn)行高濃度摻雜，以達(dá)到降低該部位接觸電阻的目的；在電極以外的位置進(jìn)行低濃度摻雜，以達(dá)到降低擴(kuò)散層復(fù)合的目的。通過以上方式優(yōu)化發(fā)射極，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的增加，與TOPCon電池疊加有效實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)情況下0.2%-0.4%的轉(zhuǎn)化效率提升。

2.制備隧穿氧化層及多晶硅層工序

TOPCon電池核心流程就是制作隧穿氧化層、多晶硅層環(huán)節(jié)部分，制備隧穿氧化層與多晶硅層環(huán)節(jié)是在N型硅片的背面沉積一層1-2nm的氧化硅膜和一層100-150nm的摻雜非晶硅薄膜，非晶硅薄膜在后續(xù)退火過程中結(jié)晶性發(fā)生變化，由微晶非晶混合相轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑?，激活疊層薄膜的鈍化性能，在疊層薄膜上沉積金屬，就可以得到無需開孔的鈍化接觸結(jié)構(gòu)。

按兩層膜制備方式不同可以分為LPCVD、PECVD、PVD。LPCVD是把隧穿氧化層、本征非晶硅層制備完成以后增加P擴(kuò)散和清洗工藝；PECVD是把隧穿氧化層原位摻雜做成非晶硅層，兩層膜制備的步驟合并到了一起，然后進(jìn)行褪火、清洗；PECVD和LPCVD最根本區(qū)別就是兩層膜是分步還是合并制作。

按兩層膜制備方式不同可以分為LPCVD、PECVD、PVD。LPCVD是把隧穿氧化層、本征非晶硅層制備完成以后增加P擴(kuò)散和清洗工藝；PECVD是把隧穿氧化層原位摻雜做成非晶硅層，兩層膜制備的步驟合并到了一起，然后進(jìn)行褪火、清洗；PECVD和LPCVD最根本區(qū)別就是兩層膜是分步還是合并制作。

LPVCD工藝介紹：LPCVD全稱為低壓力化學(xué)氣相沉積法，利用 LPCVD 設(shè)備通過熱氧化方式生長氧化硅層并沉積多晶硅，然后在多晶硅中摻入磷制成 PN結(jié)，形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)路線出現(xiàn)時間最早，工藝成熟度高，具有成膜質(zhì)量高、產(chǎn)能高等優(yōu)勢。但是，存在繞鍍問題，且沉積時使用的石英管需進(jìn)行清洗維護(hù)和定期更換，耗材成本較高；針對繞度問題，目前在工藝上一些廠商已經(jīng)有了比較好的解決方式。LPCVD法是目前 TOPCon 廠商選擇的主流路線，采用這一路線的主要光伏廠商有晶科能源、捷泰、一道等。LPCVD設(shè)備廠家有拉普拉斯、捷佳偉創(chuàng)，拉普拉斯是最主要廠商，捷佳偉創(chuàng)也做這塊，但不作為主推的設(shè)備。

LPVCD工藝原理圖 來源：浙商證券

PECVD工藝介紹：PECVD 原位摻雜，又稱PE-poly工藝，全稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，原理為借助射頻將含反應(yīng)氣體在局部形成等離子體，利用等離子體的強(qiáng)化學(xué)活性在基片表面沉積出薄膜。PECVD 可實(shí)現(xiàn)成本的大幅下降，具有繞鍍輕微、成品率高，成膜速度快，摻雜效率高，無石英管，耗材成本低等優(yōu)勢，但存在成膜厚度均勻性差、膜層致密度不高、易爆膜等問題，原因在于其中有氫氣參與反應(yīng)。

PECVD工藝原理圖 來源：浙商證券

3.制備減反射膜工序

采用多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行電池片兩面減反射膜的制備，減反射膜由氧化硅(SiOx)/氮氧化硅(SiONx)/氮化硅（SiNx）多層薄膜共同組成，顧名思義減反射膜具有幫助電池片提升對太陽光的吸收，減少光學(xué)損失提高光生電流，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換效率的效果。更為重要的是，減反射膜還具有鈍化作用，在薄膜形成過程中產(chǎn)生的氫原子對電池表面的鈍化降低了發(fā)射結(jié)的表面復(fù)合速率，促進(jìn)光電轉(zhuǎn)換效率提升的同時延長電池的使用壽命。

正面的減反射膜還能對前序步驟沉積的氧化鋁層（4-5nm)起到一定的保護(hù)作用，氮化硅薄膜的高致密性可以保護(hù)氧化鋁不受損傷及污染。而背面減反膜同樣也可用于背部膜層的保護(hù)，避免poly層受到破壞及污染。多層結(jié)構(gòu)共同作用，達(dá)到良好的體鈍化和表面鈍化效果，實(shí)現(xiàn)更佳的鈍化接觸。

4.激光誘導(dǎo)燒結(jié)工序

在電池制造中全新引入了激光輔助燒結(jié)工序，在完成絲印、燒結(jié)及光注入工序后，采用激光誘導(dǎo)燒結(jié)技術(shù)（Laser Induced Firing，簡稱“LIF”）。

通過激光輔助快速燒結(jié)對硅片正面的金屬漿料進(jìn)行處理，使硅片正面的漿料和硅片形成較好的歐姆接觸。同時，利用荷電效應(yīng)來優(yōu)化柵線電極、改善接觸電阻并實(shí)現(xiàn)高效率太陽能光伏電池的輸出，從而顯著提升TOPCon電池光電效率。

在TOPCon電池的工藝驗(yàn)證結(jié)果顯示，LIF技術(shù)可以有效提升電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，增益在0.2%以上。

TOPCon產(chǎn)線成本分析

TOPCon電池可在PERC產(chǎn)線基礎(chǔ)上升級改造，單GW初始投資額為1.5-1.7億左右，基于PERC產(chǎn)線升級成本為4,000-5,000萬/GW。

與P型電池相比，TOPCon將磷擴(kuò)散改為了硼擴(kuò)散，增加了隧穿層、POLY層的制備，取消了激光開槽步驟。

初始設(shè)備投資中，清洗制絨設(shè)備800萬元，占比約5%；硼擴(kuò)散爐成本約2,000萬，占比約12%；刻蝕設(shè)備成本1,200萬，占比約7%；背面隧穿氧化及多晶硅摻雜相關(guān)設(shè)備約4,500萬（lpcvd）和3,500萬（pecvd）；雙面減反膜設(shè)備成本約3,200萬，占比20%；絲印設(shè)備成本約3,500萬，占比22%。此外，2020年后的PERC產(chǎn)能在預(yù)留機(jī)位的情況下，能進(jìn)行改造升級，升級成本約為4,000-5,000萬/GW，主要是氧化隧穿、磷摻雜設(shè)備成本。2024新型光伏電池及組件技術(shù)論壇將重點(diǎn)討論TOPCon產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破以及裝備創(chuàng)新，屆時將有通威太陽能、正泰新能科技股份有限公司、深圳市捷佳偉創(chuàng)新能源裝備股份有限公司、華晟新能源科技有限公司、西安寶馨光能科技有限公司、廣東脈絡(luò)能源科技有限公司等知名企業(yè)齊聚共論鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化議題。

審核編輯：黃飛