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HJT电池兼具高转换效率与短工艺流程

纯异质结电池实验室转换效率已超过25%：目前国内外对异质结电池的研究已大范围展开，转换效率亦逐步攀升。现在在M2的标准硅片尺寸下，纯异质结结构电池的转换效率世界纪录为25.11%，由我国汉能成都研发中心创造，且此转换效率是在使用量产设备和量产工艺的前提下取得的，具备相当程度的量产可能性。同时，叠加IBC技术组成的HBC电池转换效率已达到26.7%。

高转换效率得益于电池材料和结构：HJT异质结电池以N型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的N型硅片正面依次沉积厚度为5-10nm的本征a-Si:H薄膜和P型掺杂a-Si:H薄膜以形成p-n异质结，在硅片背面依次沉积厚度为5-10nm的本征a-Si:H薄膜和N型掺杂a-Si:H薄膜形成背表面场，在掺杂a-Si:H薄膜的两侧再沉积透明导电氧化物薄膜（TCO），最后通过丝网印刷或电镀技术在电池两侧的顶层形成金属集电极。HJT电池中的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）有效降低了晶硅/非晶硅异质结表面的复合速率，同时补偿了本征非晶硅层自身存在的悬挂键缺陷，在硅片表面获得了令人满意的钝化效果，显著提升了电池的开路电压和转换效率。

简单的电池结构决定了较短的生产工艺流程：从电池结构上看，异质结电池由中心的硅片基底叠加两侧的数层薄膜组成，整体结构颇为简单，各层材料之间基本不存在交叠、贯穿等现象。HJT电池生产过程的核心即为各层薄膜的沉积，不涉及扩散、注入等工艺，整体而言其工艺流程较短，主工艺仅有4步。相对于同属于N型电池、但生产工艺需要10-20步的IBC和TOPCon电池，HJT电池较短的工艺流程在一定程度上降低了工艺控制的复杂程度和产业化的难度。

HJT电池设备与现有主流工艺设备不兼容：HJT电池各步工艺分别对应清洗制绒设备、非晶硅薄膜沉积设备、TCO膜沉积设备、金属化设备等各个主工艺设备，其中非晶硅薄膜沉积设备与TCO膜沉积设备不应用于现有主流单晶PERC电池的生产制造，而清洗制绒、金属化设备与PERC电池设备类似，但仍有不同之处。整体而言HJT电池生产设备与单晶PERC电池生产不兼容，亦不完全与TOPCon、IBC等其他N型电池设备兼容。

PECVD：提效与降本之匙

HJT核心工艺：非晶硅薄膜沉积

HJT电池转换效率与非晶硅薄膜质量直接相关：HJT电池之所以具备较高的光电转换效率，核心原因在于其具备显著高于其他结构电池的开路电压，而较高的开路电压则来源于硅片两面分别沉积的两层非晶硅薄膜（i-a-Si:H/n-a-Si:H/p-a-Si:H）对界面接触的钝化效果。因此非晶硅薄膜的沉积质量即与产线产出HJT电池的转换效率直接相关。

CVD为非晶硅薄膜沉积的主流工艺：为了获得具有钝化功能的非晶硅薄膜，实际生产中一般采用化学气相沉积（CVD）工艺，其中以等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热丝化学气相沉积（HWCVD/Cat-CVD）两种工艺路径为主。本征和掺杂非晶硅薄膜分别由硅烷、硼烷、磷烷等气体裂解沉积而成，而等离子体与高温热丝都是起促进气体裂解的作用。

HWCVD产业化应用相对较少：HWCVD是利用高温金属丝的催化作用使硅烷、硼烷等气体分解沉积至硅片表面从而获得非晶硅薄膜。在高温金属丝的作用下，反应气体分解效率较高，反应速率相对较快，因此薄膜沉积的速率相对较高，同时沉积出的薄膜更为有序。此外，HWCVD还具备气体利用率高、沉积对硅片本身损伤较小等优点。但由于HWCVD同时具有热丝寿命较短导致更换成本高、热丝温度控制精度不高、热丝温度影响硅片温度等问题，目前产业应用相对较少，少量的应用以日本HJT电池企业为主，国内有科研院所与企业正在研发。

PECVD：HJT设备降本的关键

PECVD沉积薄膜的基本过程：PECVD技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜成分的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种制备技术。基本反应过程为：1）在非平衡等离子体中，电子与反应气体（HJT电池生产中为硅烷、硼烷、磷烷、氢气等）发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；2）各种活性基团向薄膜生长表面（衬底，即硅片）扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；3）到达生长表面的各种初级反应物和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随气相分子物的再放出。

梅耶博格与应用材料为海外主要供应商：瑞士光伏设备厂商梅耶博格生产的HELiA系列HJT电池生产线中包含有用于非晶硅镀膜的PECVD设备。其设备已应用于REC、3Sun、Ecosolifier等海外HJT电池厂商。梅耶博格PECVD设备的特点：1）在不同镀膜腔体内使用不同的托盘（tray）以隔绝沉积不同膜层时可能出现的交叉污染，可提升镀膜质量；2）设备每个腔体内的托盘始终保持已加热的状态，节约了每次镀膜的初始加热时间，可提升生产节拍。

美国设备厂商应用材料生产的PECVD设备脱胎于TFT-LCD显示屏所使用的PECVD设备，有着深厚的技术工艺经验积累，其腔体面积较大，可同时容纳更多硅片进行镀膜，且在大面积下保持优秀的成膜质量。其最主要的特点是采取了团簇式（cluster）的腔体排列方式，不同腔体可同时工作在不同批次的硅片上以提升生产节拍。

理想万里晖与钧石能源领衔国产厂商：理想万里晖专注于HJT电池PECVD设备的研发和生产，其设备的特点之一是采用了双真空反应腔，减小了反应腔体的体积，不易产生颗粒物，生产过程中气体消耗较少，同时采用上下极板同时加热的方式，不易产生热漂移。目前理想万里晖PECVD设备已实现25.11%的HJT电池实验室转换效率世界纪录。钧石能源自年起即开始对HJT电池与设备进行研发，在电池技术和设备工艺方面均取得了较大突破，目前其自研PECVD设备可支撑HJT电池达到24.1%的平均转换效率。此外，迈为股份、捷佳伟创、金辰股份等上市公司亦已积极投入PECVD设备的研发，且已取得阶段性成果。

PECVD国产化是HJT设备降本的主要推动力：PECVD是HJT电池生产过程中的核心设备，其价值量在整条生产线中的占比约50%-60%。目前梅耶博格与应用材料两家企业所生产的PECVD在成膜质量、设备产能等主要指标方面各具优势，但设备价格相对较高，折算到GW产能价格超过5亿元。因此，通过PECVD的国产化以降低设备价格是HJT设备降本的主要推动力。

扩大产能是PECVD降本的可行路径：降低单GW设备价格的主要思路是在不显著提高设备成本的基础上扩大设备产能，具体路径包括提高生产节拍、增加单腔体处理硅片数量等，各国产厂商一般通过缩短镀膜工艺时间、扩大腔体面积、堆叠腔体数量、优化腔体排布与工艺流程等方式实现。其中，提速、扩大面积等方式或影响成膜质量，改变腔体排布结构与工艺流程等方式则对生产过程中配套自动化的质量提出了新的要求。相比于其他三道主工艺设备-片/h的生产节拍，PECVD设备的生产节拍相对较慢，亟需在此方面进行研发改进。

国产设备须取得产能、性能、价格之间的平衡：我们认为国内厂商或可博采梅耶博格、应用材料等优秀厂商的不同设计思路，在满足HJT设备性能要求的基础上进行设备结构与工艺指标的优化，以在产能、性能、价格之间取得平衡。从近期国内企业取得的研发进展来看，预计国产PECVD设备有望在达到单台-MW产能的基础上将价格水平降低至3亿元/GW以下，进而有望将整条生产线的设备投资降低至5亿元/GW以下。

其他主设备：国内企业积极入局，国产化全面推进

TCO薄膜沉积：PVD磁控溅射为主流工艺

TCO薄膜可增强电荷输送能力：在HJT电池中，位于硅片两侧的非晶硅薄膜层提供了良好的钝化接触效果，但其整体呈现长程无序结构，使得层内载流子迁移率较低，电池电流不能充分地被金属电极收集。为了解决这一问题，可以使用既可导电又可透光的薄膜来对电荷进行输运，实际常用TCO（透明导电氧化物）薄膜。高质量的TCO薄膜可有效提升HJT电池的整体转换效率。

PVD磁控溅射为现时主流工艺：目前最常用于沉积TCO薄膜的方法是物理气相沉积（PVD）大类下的磁控溅射（Sputtering）工艺。此工艺的基本原理是在电磁场的作用下，被加速的气体高能粒子（Ar+）轰击镀膜靶材，靶材表面的原子获得能量逸出表面后沉积到衬底（已完成非晶硅镀膜的电池片半成品）表面生成氧化物薄膜。

RPD工艺亦有应用：在磁控溅射以外，反应等离子体沉积（RPD）工艺在TCO镀膜中亦有应用。在镀膜设备中，Ar气体通过等离子体枪产生等离子体，通过磁场引导Ar等离子体轰击靶材，靶材温度升高后升华产生气体再沉积到衬底上形成氧化物薄膜。

相较于PVD，RPD工艺过程中较少涉及能量粒子对衬底电池片的直接轰击，因此工艺对衬底损伤较小，且衬底温度相对较低，加之其使用的IWO（掺钨氧化铟）材料的电学性能优于PVD使用的ITO（氧化铟锡）材料，整体上应用RPD工艺的HJT电池转换效率略高于应用PVD工艺的电池。然而RPD工艺同时也具有核心部件依赖进口且专利保护严密、靶材供应商少且成本较高、设备来源单一等问题，PVD相对而言应用更为广泛，设备、靶材均在一定程度上可与显示屏行业通用，国产化程度亦相对较高，故而现时PVD磁控溅射为TCO镀膜环节的主流工艺。

国产设备产能稍有劣势：TCO镀膜环节，主要的海外PVD设备供应商包括德国冯阿登纳、德国新格拉斯、瑞士梅耶博格等，其中新格拉斯的PVD设备已可实现片/h的生产节拍。国内厂商则有湖南宏大、湖南红太阳、钧石能源、杭州上方等企业投入研发，部分企业可做到片/h的生产节拍，预计单机产能约MW。RPD方面，海外供应商为保有核心专利的日本住友，国内捷佳伟创拥有专利授权，其生产的MW设备已应用于爱康科技HJT电池中试研发线。

清洗制绒：国产设备具备性价比

在HJT电池结构中，由于衬底硅片的表面直接作为晶硅/非晶硅异质结界面的一部分而存在，因此其表面的洁净程度对于转换效率和其他性能指标的影响相较于现有技术路线更为明显，亦对清洗制绒工序和设备提出了更高的要求。

主流工艺路线为RCA，后续或向臭氧工艺切换：目前行业内一般使用RCA和臭氧两种清洗技术路线。RCA技术路线历史较久，使用硫酸和过氧化氢的高浓度混合溶液，包含SC-1和SC-2两个步骤。SC-1侧重于通过过氧化氢和氢氧化铵的热碱性混合溶液去除硅片表面的颗粒和有机污染物。SC-2在较高的温度下用盐酸和过氧化氢的混合溶液去除硅片表面的金属污染。最后的清洗处理步骤是通过HF处理，在干燥前形成一个干净的氢钝化表面。RCA工艺主要的不足在于化学品成本相对较高，且废水含氮，对环境稍有压力。目前RENA、新格拉斯等企业已推出兼容臭氧工艺的设备，预计后续HJT产能有望逐步切换到臭氧清洗路线。

国产设备具备性价比：HJT电池清洗制绒设备主要海外供应商包括日本YAC、德国RENA、德国新格拉斯等，其中新格拉斯已在兼容M6尺寸硅片的基础上将生产节拍提升至片/h。国内企业中，根据捷佳伟创

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