薄膜沉積是指在基底上沉積特定材料形成薄膜，使其具有光學(xué)、電學(xué)等特殊性能。
按原理不同，薄膜沉積可分為物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD）、化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）和原子層沉積（Atomic Layer Deposition，簡稱ALD）。
其中，光伏薄膜沉積設(shè)備主要應(yīng)用于太陽能晶硅電池片的制造環(huán)節(jié)，伴隨光伏電池由P型向N型的升級，TOPCon所采用的薄膜沉積設(shè)備投資占比將從25%提升至35%左右，HJT投薄膜沉積設(shè)備投資金額占比更是高達50%。招商證券預(yù)計2022年光伏薄膜沉積設(shè)備市場空間約為66億元，2023年有望超百億元。
1.PVD：適用于鈣鈦礦的多個環(huán)節(jié)
PVD主要包括真空蒸鍍（Vacuum Evaporation）、磁控濺射（Magnetron Sputtering）、電弧離子鍍（ArcIon Plating/Deposition）三種方法。其中，真空蒸鍍和磁控濺射是較為常見的兩種方法。
真空蒸鍍法又稱真空鍍膜，是在真空環(huán)境中對有機發(fā)光材料加熱，使之氣化后粒子沉積到基片表面成膜的工藝，也是PVD技術(shù)中發(fā)展最早、應(yīng)用較為廣泛的鍍膜技術(shù)。
從光伏電池的應(yīng)用情況來看，鏈式多腔PVD真空鍍膜設(shè)備主要應(yīng)用于HJT的第三道生產(chǎn)工序。通過磁控濺射技術(shù)或RPD（離子反應(yīng)鍍膜）技術(shù)，在非晶硅鈍化異質(zhì)結(jié)電池正背面沉積TCO透明金屬氧化物導(dǎo)電膜，主要為75-80nm厚的ITO氧化銦錫膜，用于縱向收集載流子并向電極橫向傳輸，同時減少入射光學(xué)反射。
得益于蒸鍍在大面積薄膜制備上具有優(yōu)勢，且適用于TCO玻璃基板層、空穴傳輸層、鈣鈦礦層等多項鍍膜環(huán)節(jié)，有望成為鈣鈦礦的主流鍍膜技術(shù)。
2022年11月，奧來德發(fā)布公告稱，擬使用超募資金4900萬元投資建設(shè)新項目，其中包括2900萬元的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)型太陽能電池蒸鍍設(shè)備的開發(fā)項目。該項目將用于鈣鈦礦太陽能電池工藝的薄膜的制備方法和設(shè)備，打破進口依賴，實現(xiàn)自主可控。
磁控濺射法是在傳統(tǒng)濺射基礎(chǔ)上，利用磁場提高濺射效率，使入射粒子不斷轟擊ITO靶材，將靶材原子濺射出來并沉積到襯底表面，進而實現(xiàn)TCO導(dǎo)電薄膜的制備。該方法的優(yōu)勢在于設(shè)備成本低，工藝穩(wěn)定、具有更快的薄膜沉積速率，而且能滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化要求。
磁控濺射作為一種成熟的薄膜制備技術(shù)，在制備鈣鈦礦電池方面具備較大的應(yīng)用潛力。與真空蒸鍍技術(shù)相似，磁控濺射也出現(xiàn)在鈣鈦礦電池空穴傳輸層、電子傳輸層、背電極等多個環(huán)節(jié)。
此前，北京大學(xué)鄒德春教授提出，通過磁控濺射制備了高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，實現(xiàn)成分可控，無溶劑，大面積和批量生產(chǎn)。實驗結(jié)果表明，通過磁控濺射制備的鈣鈦礦薄膜的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)為6.14%。
現(xiàn)階段，PVD設(shè)備的價值量較高。板硝子（日本玻璃制造商）歐洲技術(shù)中心報告顯示，一條光伏用TCO鍍膜玻璃的磁控濺射產(chǎn)線（包設(shè)備）投資約4000萬美元。
相關(guān)設(shè)備廠商中，海外進程較為領(lǐng)先。
德國的馮·阿登納（Von Ardenne）擁有超過50年的電子束工藝經(jīng)驗以及40余年的磁控管技術(shù)能力，是薄膜光伏領(lǐng)域玻璃鍍膜系統(tǒng)和設(shè)備的領(lǐng)先供應(yīng)商之一；美國應(yīng)用材料（Applied Materials）在公司成立之初就專注于薄膜淀積領(lǐng)域，據(jù)悉，其產(chǎn)品占近55%的全球PVD設(shè)備市場。
國內(nèi)方面，京山輕機2022年8月，在投資者互動平臺表示，公司目前的PVD設(shè)備主要運用于光伏TOPCon電池片以及鈣鈦礦薄膜電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
鈞石能源自研的PVD可進行雙面ITO薄膜沉積，已在福建金石100MW和鉅能500MW兩條中試線運行。
捷佳偉創(chuàng)自主研發(fā)的正面RPD、背面PVD的二合一設(shè)備，兼顧了PVD路線與RPD路線的低成本與高效率特點。
2.CVD：同時適配TOPCon、HJT
CVD指真空狀態(tài)下，利用熱能、等離子體或光能等能源，生成固態(tài)薄膜的一種制膜方式。該技術(shù)類型最明顯的優(yōu)點是能夠在形狀復(fù)雜的工件表面均勻沉積薄膜，同時薄膜中缺陷少。
CVD主要包括LPCVD(Low-Pressure CVD，低壓化學(xué)氣相沉積法)、PECVD（Plasma Enhanced CVD，等離子增強化學(xué)氣相沉積法）、HWCVD（Hot-Wire CVD，熱絲化學(xué)氣相沉積）三種技術(shù)類型。
其中，根據(jù)多晶硅生長的設(shè)備不同，TOPCon以LPCVD和PECVD技術(shù)為主。HJT則以HWCVD和PECVD技術(shù)為主。
2.1 LPCVD：量產(chǎn)良率達98%
LPCVD是將制備薄膜所需的氣態(tài)物質(zhì)在27-270Pa的較低壓力下，用450-900℃的熱能激活，使其發(fā)生熱分解或者化學(xué)反應(yīng)，最終形成多晶硅薄膜。
該技術(shù)能夠使低壓下薄膜生長速率能獲得更好地控制，薄膜臺階覆蓋性、均勻性較好，但精準控制的代價是LPCVD的成膜速率慢。
2022年上半年以前，TOPCon投產(chǎn)產(chǎn)線以LPCVD技術(shù)為主。LPCVD路線已經(jīng)過多年量產(chǎn)檢驗，產(chǎn)線當(dāng)前已實現(xiàn)98%的量產(chǎn)良率，且成膜質(zhì)量高。
2023年新建TOPCon電池產(chǎn)線預(yù)計將于2023年上半年集中落地，由于晶科能源、鈞達股份均于2022年四季度前實現(xiàn)滿產(chǎn)，LP路線頭部廠商的TOPCon電池投產(chǎn)節(jié)奏較行業(yè)平均水平領(lǐng)先6-9個月。
但是，LPCVD技術(shù)仍面臨繞鍍明顯、原位摻雜技術(shù)難度高、產(chǎn)能較其他技術(shù)路線低等痛點，僅頭部少數(shù)企業(yè)解決了繞鍍及石英舟耗費較大的問題。
國家知識產(chǎn)權(quán)局數(shù)據(jù)顯示，晶科能源在繞鍍、摻雜和石英舟等LPCVD技術(shù)痛點方面均取得了技術(shù)突破。
設(shè)備方面，微導(dǎo)納米研發(fā)了光伏領(lǐng)域的ALD、PECVD、PEALD、擴散等多種設(shè)備，推進AEP®技術(shù)為核心的TOPCon電池工藝整線，可提供TOPCon設(shè)備價值量提升至產(chǎn)線投資額的40%-50%。
北方華創(chuàng)的LPCVD設(shè)備滿足TOPCon電池制備需求，同時可滿足大尺寸硅片及高產(chǎn)能需求，目前廣泛應(yīng)用于新能源光伏電池制備工藝中。
拉普拉斯（由多位海內(nèi)外半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域高端人才創(chuàng)立的高科技高端裝備研發(fā)制造企業(yè)）最新的低壓水平化學(xué)氣相沉積鍍膜設(shè)備可應(yīng)用于N-TOPCon電池的隧穿氧化層與非晶硅生長工藝，為下一代高效N-TOPCon電池的核心工藝設(shè)備。
2.2 PECVD：良率逐步向LPCVD靠攏
PECVD是通過外部增加的電場作用于系統(tǒng)內(nèi)參與反應(yīng)的氣體，使氣體電離產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)，從而可以在基體上高速沉積薄膜，是CVD中最大的細分市場。
在TOPCon的應(yīng)用當(dāng)中，PECVD與LPCVD一樣，可兼容現(xiàn)有PERC產(chǎn)線，并且有望克服LPCVD技術(shù)方面的不足之處。
不同于LPCVD的成膜速度慢、繞度明顯，PECVD非晶硅沉積速率快，可實現(xiàn)原位摻雜，將沉積工藝總時間控制在35分鐘以內(nèi)。雖然PECVD也會在硅片側(cè)面及電池正面邊緣區(qū)產(chǎn)生輕微的繞度區(qū)，但是易于去除。此外，PECVD的非晶硅僅沉積在石墨舟上，可定期清理，無需石英管耗材。
不可否認的是，PECVD還存在爆膜問題，且產(chǎn)線需要熟練生產(chǎn)人員經(jīng)一定時間調(diào)試才可實現(xiàn)最佳狀態(tài)，因此實際的良率和轉(zhuǎn)換效率據(jù)理想狀態(tài)還存在一定差距。目前采用PECVD路線的電池廠商有通威股份、晶澳科技、天合光能等。
綜合來看，LP與PE路線新建產(chǎn)線設(shè)備投資額較為接近，分別為0.17元/W、0.166元/W。中長期來看，隨著PE路線良率逐步向LP靠攏，兩種路線TOPCon電池非硅成本差距將持續(xù)縮??；長期來看，不同技術(shù)路線對TOPCon廠商生產(chǎn)成本的影響將同樣變小。
2023年6月，微導(dǎo)納米公告稱，公司近日與浙江國康新能源科技有限公司簽署了TOPCon電池設(shè)備銷售合同，合同金額總計約為人民幣4.41億元。
本次合同中的TOPCon電池設(shè)備，包括但不限于ALD設(shè)備、PEALD設(shè)備、PECVD設(shè)備、管式氧化退火爐、管式擴散爐等，設(shè)備交付時間為2023年6月30日。
捷佳偉創(chuàng)的PE-Poly技術(shù)路線采用原位摻雜，生產(chǎn)時間僅為傳統(tǒng)LP路線的五分之一，同時完美實現(xiàn)了隧穿層、Poly層、原位摻雜層的“三合一”制備，解決了傳統(tǒng)TOPCon電池生產(chǎn)過程中繞鍍、能耗高、石英件高損耗的固有難點。
公司的PE-Poly技術(shù)路線設(shè)備已成功獲取頭部客戶訂單，進一步加快TOPCon電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，奠定公司在TOPCon高效電池專用設(shè)備及技術(shù)領(lǐng)域的龍頭地位。
北方華創(chuàng)的PECVD設(shè)備應(yīng)用于210毫米規(guī)格光伏電池的鍍膜工藝，可實現(xiàn)高精度控溫，滿足電池減反鈍化層、鈍化層、多品硅層(POLY層)及接雜元素的制備。該設(shè)備擁有自動上下料機構(gòu)，維護便利，適合大規(guī)模量產(chǎn)，已得到客戶端廣泛應(yīng)用。
異質(zhì)結(jié)電池爆發(fā)的關(guān)鍵“支點”之一是PECVD設(shè)備。
在HJT生產(chǎn)工序中，非晶硅薄膜沉積是構(gòu)造異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。由于PECVD具備薄膜光敏性高、隙態(tài)密度低、且沒有尺寸限制等優(yōu)點，再加上PECVD的低溫工藝使得對制備薄膜時襯底要求不高，大大擴大了該方法的使用范圍。
在HJT制造環(huán)節(jié)所需的制絨清洗設(shè)備、非晶硅沉積設(shè)備、透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備和印刷設(shè)備四大類設(shè)備中，有兩大類（非晶硅沉積設(shè)備、透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備）均需要用到薄膜沉積設(shè)備。
2025年HJT設(shè)備市場空間有望達602億元，其中PECVD設(shè)備為301億元，在設(shè)備投資中的占比高達50%。
此前，國內(nèi)所采用的PECVD設(shè)備均為進口，美國應(yīng)材、歐洲梅耶博格和日本真空等海外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)位置。
為此，我國企業(yè)長期致力于高端光伏設(shè)備的研發(fā)，逐步實現(xiàn)裝備自產(chǎn)，以達到降本增效的目的。
捷佳偉創(chuàng)2023年7月在投資者互動平臺表示，公司的HJT中試線量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率已持續(xù)穩(wěn)定達到25%以上，2023年上半年，公司中標(biāo)全球頭部光伏企業(yè)量產(chǎn)型HJT整線訂單，本次訂單采用了公司最新的板式PECVD雙面微晶工藝。
2022年8月，金辰股份首臺套微晶HJTPECVD量產(chǎn)設(shè)備成功交付發(fā)貨。
2022年8月，北方華創(chuàng)在互動平臺表示，HJT用PECVD正在開發(fā)。
湖南紅太陽光電也聚焦HJT領(lǐng)域，研制了應(yīng)用于HJT電池的平板PECVD和平板PVD設(shè)備；理想萬里暉開發(fā)的量產(chǎn)型VHF-PECVD設(shè)備助力客戶獲得異質(zhì)結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率達26.30%。
2.3 WCVD：成膜質(zhì)量好但材料成本高
HWCVD是利用分子在加熱的金屬絲上發(fā)生催化分解反應(yīng)，并在基底表面發(fā)生沉積、聚合，從而形成薄膜，因此，HWCVD也被叫做催化化學(xué)氣相沉積(Cat-CVD)。
由于HWCVD的氣體分解主要為高溫分解氣體，因此不存在PECVD中離子轟擊表面的現(xiàn)象，同時更容易產(chǎn)生更多的氫原子鈍化晶硅表面，膜層氫含量高，且對應(yīng)的沉積速率也更高、成膜質(zhì)量好，有助于提升光學(xué)性能、降低缺陷密度。
但是由于HWCVD工藝中的熱絲壽命較短需要經(jīng)常更換，導(dǎo)致材料成本高。此外，更換過程中對于原有生產(chǎn)設(shè)備中的真空環(huán)境產(chǎn)生破壞，進而導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)效率顯著降低，且設(shè)備可用時間受限。
目前，HWCVD在光伏電池中主要應(yīng)用于三個領(lǐng)域，分別是薄膜太陽能電池（HWCVD的沉積速率快，氣體利用率比PECVD高一個量級）、晶體硅太陽電池中的鈍化層和減反射層（用HWCVD鍍的膜具有極低的表面符合速率，velocity＜0.2cm/s）以及非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池（無等離子體損傷、氣體利用率高）。
設(shè)備方面，捷佳偉創(chuàng)在HJT領(lǐng)域布局了整線解決方案、管式/板式PECVD、立式/臥式HWCVD、PAR設(shè)備。
3.ALD：TOPCon基本全部采用
ALD（Atomic Layer Deposition，原子層沉積）是一種特殊的真空薄膜沉積方法，具有較高的技術(shù)壁壘。
由于ALD技術(shù)表面化學(xué)反應(yīng)具有自限性，也因此擁有廣泛適用于不同形狀的基底、大面積成膜的均勻性較好 、可實現(xiàn)亞納米級的薄膜厚度控制等多項獨特的薄膜沉積特性。
在TOPCon電池隧穿層即氧化硅層的沉積工藝制備中，較為常見的有高溫?zé)嵫趸?、等離子體氧化法和PEALD（ALD技術(shù)的一種）技術(shù)。
但由于高溫?zé)嵫趸ù嬖诖蟪叽绻杵氯菀资軣岵痪鶆?、成膜反?yīng)速度慢等問題；等離子體技術(shù)結(jié)合N2O生長的氧化硅厚度較厚，難以控制厚度，尚未實現(xiàn)在氧化硅隧穿層的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
相較而言ALD技術(shù)更具優(yōu)勢。微導(dǎo)納米研發(fā)的ZR5000×2PEALD“二合一”（PECVD、PEALD）產(chǎn)品，創(chuàng)新性的將ALD技術(shù)應(yīng)用于氧化硅層的制備，能夠連續(xù)完成TOPCon電池的背膜結(jié)構(gòu)（隧穿氧化硅/原位摻雜多晶硅）鍍膜。
與上述氧化法相比，采用ALD技術(shù)可以獲得超?。ǎ?nm）、大面積均勻性、致密性好、無針孔的氧化硅層。該產(chǎn)品以及KF10000S、KF15000等高端光伏裝備陸續(xù)獲得包括阿特斯（688472.SH）、隆基股份（601012.SH）、愛旭股份（600732.SH）、晶科能源等多家重要光伏客戶訂單，并在通威太陽能、無錫尚德等N型TOPCon高效電池生產(chǎn)線上開展應(yīng)用。
值得一提的是，目前TOPCon正面氧化鋁鈍化膜基本全部采用ALD技術(shù)。
同時，ALD還可用于鈣鈦礦電池的制備和封裝，涉及電子傳輸層和空穴傳輸層、電池封裝領(lǐng)域。
在傳輸層制備中，原子層沉積技術(shù)可以使電子傳輸層保持較好的均勻性和保型性，保證薄膜的電學(xué)性能；在電池封裝中可應(yīng)用原子層沉積制備阻水阻氧層，維持鈣鈦礦電池地穩(wěn)定性。
2023年1月，微導(dǎo)納米與通威太陽能簽訂4.518億元的ALD鈍化設(shè)備。
公司ALD量產(chǎn)設(shè)備鍍膜速率已經(jīng)突破10,000片/小時。鍍膜效果以沉積Al2O3薄膜進行測量，其薄膜厚度均勻度達到片內(nèi)不均勻性≤3%、片與片之間不均勻性≤3%、批與批之間不均勻性≤3%。
2022年，微導(dǎo)納米光伏設(shè)備銷售102臺，同比增加76%；光伏設(shè)備實現(xiàn)營業(yè)收入5.0億元，同比增加 82%。
原標(biāo)題：光伏薄膜沉積設(shè)備：市場規(guī)模將破百億，國產(chǎn)設(shè)備廠商開始發(fā)力
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