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挑战黑硅产能极限 微导开发出最高产能RIE设备v

国际太阳能光伏网  来源:无锡先导智能装备股份有限公司  日期:2017-11-09
  随着金刚线切硅片的成本优势越发明显,多晶硅片采用金刚线切的比例迅速提升,在专业硅片厂的带动下,2017年年底金刚线切多晶硅片的年产能会占到整体50%以上,2018年将超过80%。到目前为止制绒添加剂技术、干法黑硅技术和湿法黑硅技术等都可以解决金刚线切割的多晶硅片反射率高,制绒困难的问题。
 
  多晶制绒添加剂技术不改变原有设备,增加专用添加剂,可以将金刚线多晶硅片反射率降低至接近常规,Coo增加最少,但效率与常规基本持平或略有下降。因行业对效率提升的诉求会越来越高,所以效率有下降的多晶添加剂技术被认为是过渡技术。
 
  湿法黑硅技术的基本原理是采用Au/Ag等贵金属粒子随机附着在硅片表面作为阴极,硅作为阳极,同时在硅表面构成微电化学反应通道,在金属粒子下方快速刻蚀硅基底形成纳米结构。目前较为成熟的湿法黑硅技术用到20多个槽体,在一台设备上完成去损伤、挖孔、扩孔等三个主要步骤,效率提升0.2~0.4%。但湿法黑硅技术需要用到对环境造成污染的重金属,而且随着药液寿命不同,药液浓度和比例都会有所不同,因此工艺控制难度较大。
 
  干法黑硅技术被确认为效率提升最高、外观最好、工艺稳定性最强的技术。从下表我们可以看到,干法黑硅技术和湿法黑硅技术也需要经过去损伤、挖孔、扩孔三个步骤。早期的干法步骤使用了传统酸制绒去损伤、低产能的RIE设备以及未经优化的扩孔工艺,存在Coo的明显浪费,导致其性价比不如湿法黑硅,市场占有率相对偏低。事实上,我们经过对各步骤的分析,发现干法黑硅工艺有诸如下表所列的很多降本渠道,成本下降空间很大。
 
  在挖孔步骤中,隶属于无锡先导集团的江苏微导纳米装备科技有限公司于今年3月份在客户现场一次成功,实现产能超过4000片/小时的第一代RIE设备——WR4000,效率和稳定性获得了客户的一致好评。在此基础上,微导的研发团队经过几个月的努力,在第一代量产设备的基础上,经过了近千项软硬件的升级优化,成功推出了第二代产品——WR5400。
 
  微导WR5400产能在一代产品基础上进一步提升30%左右、设备整体占地面积缩小10%、设备拆装效率提升10%……,通过诸如此类的优化使得RIE工序Coo较WR4000降低了40%,而且设备成本不升反降。在搭配优化后的RIE前后道工艺以后,可以做到与湿法相比:Coo在同一水平、效率更高、整体性价比最高。下图列出了几种方案的对比数据,WR5400将努力成为性价比最高、对环境更加友好的金刚线多晶提效降本解决方案。
 
  江苏微导纳米装备科技有限公司针对光伏市场开发的夸父系列原子层沉积(ALD)设备已经陆续交付客户并投入生产,N型双面电池的量产效率稳定保持在22%以上,效率绝对值较产线提高0.4%以上,量产极限产能可达5900片/小时,其中TMA化学源耗量低于1mg/片,TMA年耗量较等离子增强的化学气相沉积(PECVD)方式生产的氧化铝薄膜可节省高达人民币800万元,成为目前市场上性价比最高的一款氧化铝镀膜设备。
 
  在单晶PERC电池背钝化和双面钝化的应用上,江苏微导的研发团队与客户积极配合,在短时间内就达到了21.68%的平均转换效率和高于670mV的开路电压,电池各项结果明显优于现有的国内外技术和设备。江苏微导也积极布局多晶高效电池,近期在搭配黑硅工艺的多晶PERC电池上实现了接近20%的转换效率和高于653mV的开路电压。为了给高效电池提供完整的解决方案,江苏微导与国际顶尖的光伏研究中心,澳大利亚新南威尔士大学,针对解决双面钝化工艺路线带来的氧化铝烧结问题进行密切合作。共同研究成果已发表在最新一期IEEEJournalofPhotovoltaics期刊上。同时江苏微导还与多家国内的浆料供应商展开深度合作,开发出了多款与氧化铝相匹配的正银浆料,为高效电池的产业化升级带来了全新的解决方案,也开启了关键工艺设备的国产化步伐。
 
  江苏微导纳米装备科技有限公司董事长王燕清先生指出:“从2016年下半年起,江苏微导联合中来光电在不到半年的时间内就完成了从设备试车,工艺验证到完成最终的N型高效电池量产评估等工作。”这次开发的用于太阳能电池表面钝化的设备经过数轮的技术攻关,单批次的硅片装载量达到了1600片,同时可以保持片内、片间的薄膜均匀性在2%以内,电池电学性能几乎一致的优异表现。在整机产能达到每小时4000片以上的前提下,可以有效的降低昂贵化学反应源的耗量,深度集成的自动化上下料确保了0.05%以下的碎片率,极大的降低了实际使用成本。其最核心的ALD原子层沉积工艺可以在薄膜厚度低至2纳米时依旧对电池表面提供良好的钝化,这是其它技术从原理上就无法达到的条件,在核心技术上达到了国际第一梯队的领先水平。
 
  在不断增加的高效率、低成本晶硅太阳能电池市场需求驱动下,微导为单、多晶高效太阳能电池技术提供高性能ALD钝化和RIE干法制绒生产解决方案。与传统的铝背场电池相比,微导光伏技术适用于多种高效晶硅太阳能电池生产线的新建、改造和升级,可以将太阳能电池转换效率进一步提升1%以上。微导RIE黑硅与ALD背钝化技术的结合,为晶硅太阳能电池效率突破、降低成本提供最佳量产方案。
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