根据 CPIA《中国光伏产业发展路线图(2021 年版)》，ALD 沉积技术有更精确的 层厚控制和更好的钝化效果，2021 年在 PERC 电池背钝化市场占比约 41.4%。而在 TOPCon 正面钝化领域，我们估计 ALD 沉积氧化铝市占率更高。根据微导 公司披露，截至 2022 年 9 月，公司已斩获 TOPCon 等相关新型高效电池订单 近 80GW。
氧化硅（隧穿氧化层）
在 TOPCon 电池钝化结构中，SiO2膜具有重要作用。它的钝化效果很好，但却 是绝缘的。目前有两种导电机制可以使得电流通过这层绝缘膜：1）针孔作用；2）隧穿机理。根据宋登元《N 型电池产业化现状与发展趋势》，SiOx 在不同厚度下，载流子 隧穿机制有所不同：1）SiOx<1.6nm，载流子穿过氧化硅层是隧穿机制；2）SiOx>2nm，载流子穿过氧化硅层是针孔机制 隧穿机制；3）1.43nm 和 1.25nm，FF 较差由于隧穿导电机制不能提供充足的导电，不能 较好阻挡磷杂质进入硅衬底；4）SiOx=1.55nm，得到比较好的钝化效果。SiO2膜制备方法可以包括：湿法氧化、热氧化、PECVD、PVD、ALD。从致密度 排序来看，ALD 制备的膜钝化效果最佳，其次是热氧化法，其次是 PECVD，最 后是湿法氧化。一般情况下，ALD-SiO2膜在 0.7nm，而热氧- SiO2需达到 1.3nm。
掺杂多晶硅
目前多晶硅膜厚度为 120-150nm。理论上来讲，多晶硅层越厚，越不容易烧穿， 金属化烧结窗口越宽，但硅带来显著的长波段寄生吸收，导致短路电流损失。将背表面多晶硅薄膜的表面掺杂浓度及厚度降低，可以有效减少光学的 FCA 损 失，但过薄的多晶硅层会导致金属浆料烧穿，需结合金属化过程进行综合分析。
根据 ITRPV《2022 年国际光伏技术路线图》，TOPCon 电池中 poly 硅厚度将保 持下降趋势，由 2022 年的 120nm 下降至 2029 年的 80nm。
4.2.2、趋势：LP 与 PE 路线
对于TOPCon电池中掺杂poly硅沉积，目前主要有LPCVD和PECVD两大路线。并由此衍生出原位掺杂和非原位掺杂两条路径。
LPCVD 制备 poly 硅的工艺相对成熟，且成膜质量好，但缺点在于成膜速率低， 特别是进行原位掺杂时速率更低。且容易产生绕镀，在石英管和石英舟上也沉积 非晶硅膜，造成维护周期短，去绕镀难度高。
PECVD 制备 poly 硅的工艺属于新技术，优点在于沉积速率快，且可实现原位掺 杂。但其缺点在于制备的膜中氢含量较高，在后期高温退火过程中容易析出气泡， 造成钝化膜破损。
原位掺杂与非原位掺杂
由于 LPCVD 在原位掺杂中成膜速率较慢（1-2nm/min），所以一般 LPCVD 路 线搭配非原位掺杂，在制备本征多晶硅后再进行磷掺杂。PECVD 则一般搭配原 位掺杂，在形成多晶硅层的同时实现磷掺杂。
根据 ITRPV《2022 年国际光伏技术路线图》，原位掺杂、PECVD 的市占率将逐 步提升。预计到 2032 年，原位掺杂将占据 50%以上市占率，PECVD 将占据近 60%的市占率。
值得一提的是，针对各自路线的不足，LPCVD 和 PECVD 仍在不断改进过程中。LPCVD：针对绕镀导致的石英件寿命缩短问题，拉普拉斯通过导入涂层石英，可将石英寿 命由原来的 3 个月延长至 6 个月。通过同步优化涂层和石英加工工艺，目标寿 命 12 个月。预计 2023Q1 前，拉普拉斯通过规模化导入双插技术，可进一步促 进 LPCVD 成本降低 50%。
PECVD：宁波材料所采用 PECVD 制备掺碳多晶硅，显著抑制 PECVD 薄膜在高温下的脱 膜，提升钝化质量，碳能增加氢的富集，进一步提升钝化效果。
管式与板式 PECVD
管式 PECVD 在 PERC 电池工艺中主要用于沉积氧化铝和氮化硅薄膜。而板式 PECVD 主要用于 HJT 电池。一般来说，管式 PECVD 具备结构简单、产能大、 价格低的优势，但镀膜精度和质量低于板式 PECVD。在 TOPCon 电池 poly 硅制备中，PECVD 首先沉积非晶硅薄膜，后期需通过退 火处理，以达到晶化的目的。且非晶硅薄膜的厚度远大于 HJT 电池（TOPCon 电池 100nm 以上，HJT 电池 10nm 且参与成结），因此业内倾向于使用管式 PECVD。
4.3、 HJT 镀膜设备
4.3.1、镀膜的质量与厚度
（氢化）非晶硅
HJT 电池在硅片正反面均要镀制 5-10nm 的本征非晶硅层作为钝化膜。在背表 面本征非晶硅层外侧，镀有约 10nm 厚的硼掺杂 P 型非晶硅层，在前表面本征 非晶硅膜外侧，镀有约 10nm 厚的磷掺杂 N 型非晶硅层。前表面的非晶硅层作用十分重要，一方面是作为 n/n 层提供场钝化，但另一方 面该层过厚会造成强烈的光吸收，影响短波响应。针对 HJT 电池中非晶硅层制备，目前主要有两种镀膜技术：PECVD 镀膜和 CAT-CVD（热丝镀膜）。其中 PECVD 镀膜又可分为射频 PECVD（13.56MHz） 和甚高频镀膜（27.12MHz、40MHz）。这部分是 HJT 电池中最为关键的技术， 设备在整个生产线价格中约占 50%的份额。
透明导电膜（TCO 层）
TCO 可以实现两个目的：1）用作减反射涂层（ARC）；2）增加横向导电性。根据技术路线不同，主要有 PVD 和 RPD 两种制备方法。
针对 TCO 层，可以选择的镀膜材料有 ITO（氧化铟锡）、IWO（掺钨氧化铟）、 AZO（铝掺杂氧化锌）。其中 ITO 主要与 PVD 路线配套，IWO 主要与 RPD 路 线配套。为了减少铟的用量，AZO 可以用来部分替代 ITO 的使用。根据迈为股份披露，通过 ITO AZO 叠层膜的设计应用，实现了效率相当情况下 铟用量降低 70%。未来根据不同的功能需求，有望采用多种材质的 TCO 材料进 一步替代 ITO，实现无铟化。
对比不同厂家的设备参数，目前采用 PECVD（射频）路线的厂家主要有钧石、 捷佳伟创、梅耶博格；采用 PECVD（甚高频）路线的厂家主要有迈为、理想、 美国应材；Cat-CVD（热丝）属于小众路线，除了日本真空外，国产厂家主要是 江西汉可。
对比各电池片厂家的设备选择，捷佳伟创、启威星（迈为）占据了清洗制绒环节 的大多数市场份额；在 CVD 环节主要是迈为、钧石能源、理想等国产厂家；PVD 环节主要是钧石能源、捷佳伟创(RPD)、迈为；丝印环节主要是迈为、AMAT；光注入环节主要厂家为迈为、台湾科峤。
4.3.2、趋势：腔室、镀膜顺序
产线构型
针对 HJT 镀膜设备，主要有三种类型的产线构型：线性串联式、团簇并联式、 线性并联式。目前国内企业多采用线性串联式，优点在于结构简单，传递容易，缺点在于各个 腔室节拍固定，某一个腔室的节拍调整或故障，会影响整条产线。
并联设备有两种类型，即团簇式和线性。团簇式设备主要以美国应材开发的半导 体制造业中的镀膜设备转型而来（如 OLED 镀膜设备）；而线性并列式则以德国 梅耶博格为代表。
镀膜顺序
异质结电池的钝化层为本征硅 I 层，与之接触的晶体硅表面缺陷对电池的效率非 常敏感。传统的产业化 PECVD 设备工艺流程为 IN-IP。先镀 I 层，接着镀 N 层，在出真 空腔室翻片之后镀 I 层和 P 层。其优点是翻片次数少，缺点是镀第二个 I 层前， 已经进行过一次掺杂腔室镀膜，容易有一些绕镀的磷原子附着在硅片表面，增加 表面缺陷，影响效率。新型的产业化 PECVD 设备工艺流程为 I-IN-P。在镀一层 I 层后取出真空，翻片 后再次进入真空室镀背面 I 层，紧接着镀 N 层，取出真空腔室翻片后再镀 P 层。尽管增加了一次翻片，但两层本征硅层镀膜之间不经过 N 型腔室，可以避免被 沾污。经过大规模量产验证，I-IN-P 的镀膜顺序相较 IN-IP 可提高电池产线平均效率 0.15%。
腔体与腔室
随着 HJT 技术的发展，多层面结构成为技术趋势，即对于 i 层、p 层、n 层可分 为缓冲层、种子层、含氧层、富氢层等。但在工艺路线上有两种选择，一种是将 一种膜分成多个腔室镀，各个腔室的工艺参数略有差异；另一种是在一个腔室中 镀一种薄膜，但通过调整参数分成不同的子膜。从本质上讲，第一种是以空间换取时间，设备硬件增加，但节拍加快，产能增加；第二种是以时间换取空间，不同子膜更换工艺参数时需暂停辉光放电，但设备投 资减小。
迈为采用的连续多腔体镀膜，单条线产能已达到 600MW（截至 2022 年 6 月）。而钧石、理想万里晖则采用单腔体镀多层膜路线，不同的是钧石通过对载板的改 进和扩大，实现了大腔室、大产能，单线产能达到 800MW，理想万里晖则创新 性地采用可叠加小腔室路线，增大了产量的可扩展性，且小腔体内气体利用率更 高，第三代产品单线产能已达到 600MW。
5、 先进电池进步的思路与方向5.1、 TOPCon：主要缺口来自前表面
对于 TOPCon 电池来说，基于 24.8%的电池转换效率，主要影响效率的因素由 大到小：1. 正面复合损失，2. 光学损失，3. 正面传输损失，4. 体复合损失，5. 背面传 输损失，6. 背面复合损失。由此可见，TOPCon 电池目前的主要效率缺口来自前表面。原因在于：1）TOPCon 电池背表面由 SiO2、poly 硅层组成钝化接触结构，而前表面仅由 Al2O3层钝化，使用烧穿型浆料，仍存在金属-硅基体直接接触；2）由于硼扩掺杂浓度低，为了实现更好的接触，正面细栅从银浆转变为银铝浆。为达到同样的导电效果，栅线宽度大于银浆。
为了解决 TOPCon 电池正表面的效率损失，终极方案是在正面也做成 SiO2 poly 硅的钝化接触结构。但P型TOPCon层的钝化能力本身就弱于N型TOPCon层， 且前表面多晶硅会造成强烈的光学吸收。因此，目前多考虑局部 poly 层，即在正表面电极下方做一小部分 SiO2 poly 硅， 但应用层面难度较大。
根据拉普拉斯对 TOPCon 电池效率提升的路线图，正面 poly 结构（local/full） 适用于 26.5%的效率平台。而在当前 25%的效率基础上，可以通过无损 SE 技术、薄 poly 等优化工艺将 TOPCon 电池效率提升至 26%。基于硼扩的技术难度，在硼扩的基础上做出 SE 相较磷扩 SE 难度更大，目前主 要发展出一次硼扩和二次硼扩两种技术路线。
5.2、 HJT：完美钝化，主要缺口来自光学损失
与 TOPCon 电池相比，HJT 电池在正表面、背面均实现了钝化接触，因此获得 了较高的开路电压（接近 750mV），明显高于 TOPCon 电池和 PERC 电池。但正表面的非晶硅层作为一种半导体，存在较为严重的寄生吸收，造成 HJT 电 池在短路电流方面并不占优势。解决该问题的思路之一在于使用微晶硅代替非晶硅，原因在于微晶的吸光系数更 小，且具有更高的电导率，在缓解正表面寄生吸收的同时，降低了对 ITO 导电 性的依赖。
从工艺上来讲，微晶的形成需要改变通入硅烷与氢气的稀释率，即更高比例的氢 气，从而提高硅薄膜的晶化率。但稀释率的提高通常伴随着沉积速率的下降，引入 VHF 电源以代替传统的 RF 电源，有助于提高微晶薄膜沉积速率。根据迈为股份数据，采用 VHF 电源，镀 膜速率较 RF 电源提升 2 倍，氢气用量较 RF 电源降低 70%左右，效率较 RF 电 源提升 0.3%以上。原因在于，频率增加后，等离子体电子浓度增加，可以产生更多的自由基元，从 而提高微晶薄膜沉积速率。同时等离子体能量降低，有助于降低表面损伤。
关键假设：2022 年全球新增光伏装机 230GW，我们预测 2023-25年全球新增光伏装机350、 430、500GW，按照 1.25 倍的容配比，组件需求量为 438、538、625GW。按 照 55%的产能利用率，则组件产能分别达到 795、977、1136GW。根据已规划项目的进展情况，我们预测 TOPCon 产能进入快速发展期，2023-25 年新增产能分别为 200、250、280 GW，HJT 需进一步实现设备、产业链降本， 2023-25 年新增产能分别为 32、54、100GW。从而带动 TOPCon 产能在 2023-25 年达到 260、510、790 GW，HJT 产能在 2023-25 年达到 46、100、200GW。
在整体的电池产出中，预计2023-25年TOPCon产出占比为20%、35%、43.5%， HJT 产出占比为 5%、10%、12%，则 2023-25 年 TOPCon 电池产出为 88、188、 272GW，HJT 产出为 22、54、75GW。
随着国产化率提高和单线产能提升，预计设备降本持续进行，假设 2023-25 年 HJT 整线设备价格为 3.3/2.9/2.5 亿元/GW，TOPCon 整线设备价格为 1.9 /1.7/1.5 亿元/GW。TOPCon 设备中，SE 能够有效提升转换效率，随着该项技术趋于成熟，预计将 从2023年开始实现规模化量产，假设23-25年硼扩SE渗透率为70% /80%/90%， 硼扩 SE 设备单价为 1000/800/800 万元/GW。则 2023-25 年，HJT 设备市场空间为 102.6、155.5、250.0 亿元；其中 PECVD 设备市场空间为 51.5、77.8、125.0 亿元。TOPCon 设备市场空间为 370.0、420.0、420.0 亿元，其中 LPCVD/PECVD 等 镀膜设备市场空间为 100.0、112.5、112.0 亿元，硼扩设备市场空间为 44.0、 52.5、56.0 亿元，激光 SE 设备市场空间为 14.0、16.0、20.2 亿元。
6、 金属化与电池进步从电池技术进步的角度来看，金属化作为钝化镀膜的后续工艺，其技术路线选择 需要与钝化膜相配套，一方面，金属化本身与钝化膜/硅基体的接触将在很大程 度上影响复合；另一方面，栅线本身对电池的光学损失、电阻损失起到至关重要 的作用。
对于光伏电池金属化来说，栅线宽度仅是表观指标，不同的浆料设计出发点在于 界面接触，其次是印刷性能，以及烧结/固化后的附着特性和焊接特性，最后是 工艺与材料的综合成本。
