薄膜沉積設(shè)備產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢_第1頁
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薄膜沉積設(shè)備產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢光伏設(shè)備行業(yè)(一)光伏設(shè)備行業(yè)發(fā)展情況按照光伏電池產(chǎn)業(yè)鏈,可將光伏設(shè)備分為硅片設(shè)備、電池片設(shè)備、組件設(shè)備,其中硅片設(shè)備主要包括多晶鑄錠爐、單晶爐、切片機、切斷機、硅片檢測分選設(shè)備等;電池片設(shè)備主要包括清洗制絨設(shè)備、擴(kuò)散爐、刻蝕設(shè)備、鍍膜設(shè)備、激光開槽設(shè)備、絲網(wǎng)印刷機等;組件設(shè)備主要包括劃片機、自動串焊機、自動疊層設(shè)備、層壓機、自動包裝機等。我國光伏電池設(shè)備制造企業(yè)通過工藝與裝備的創(chuàng)新融合,以提高設(shè)備產(chǎn)能、自動化程度及轉(zhuǎn)換效率為目標(biāo),同時適應(yīng)大硅片生產(chǎn),已具備了成套工藝設(shè)備的供應(yīng)能力,基本實現(xiàn)設(shè)備,并在國際競爭中處于優(yōu)勢地位。自2010年以來,中國一直是全球最大的光伏設(shè)備市場。2018年,我國光伏設(shè)備產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到了220億元。2019年達(dá)到了250億元,同比增長13.6%。2020年,光伏設(shè)備產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過280億元,在新冠疫情等客觀不利因素的影響下仍保持增長。2021年,隨著光伏企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張的計劃發(fā)布,相關(guān)設(shè)備廠商訂單不斷增加,我國光伏設(shè)備產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過400億元。在光伏行業(yè)降本增效的發(fā)展趨勢推動下,新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮,相應(yīng)量產(chǎn)和擴(kuò)產(chǎn)需求催生更多的生產(chǎn)設(shè)備需求,在國內(nèi)巨大市場需求拉動下,光伏設(shè)備廠商收入快速增長。(二)光伏薄膜沉積設(shè)備應(yīng)用情況光伏薄膜沉積設(shè)備主要應(yīng)用于太陽能晶硅電池片的制造環(huán)節(jié),根據(jù)電池不同工藝和所需的薄膜性質(zhì),所采用的薄膜沉積設(shè)備會有所不同。2018年-2021年,我國新建成產(chǎn)線基本全部為PERC產(chǎn)線,針對目前已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)的PERC電池生產(chǎn)技術(shù),生產(chǎn)設(shè)備基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,其中薄膜沉積設(shè)備主要用于PERC電池的鈍化和減反膜的制備。對于新型高效電池來說,目前產(chǎn)業(yè)化前景最為明確的TOPCon電池和HJT電池對于薄膜沉積的需求更高。TOPCon電池生產(chǎn)線可以由PERC電池生產(chǎn)線升級改造實現(xiàn),除原薄膜沉積需求外,還增加了隧穿層和摻雜多晶硅層鍍膜需求。HJT電池整體結(jié)構(gòu)變化較大,其制造環(huán)節(jié)只需4大類設(shè)備,分別是制絨清洗設(shè)備(投資占比10%)、非晶硅沉積設(shè)備(投資占比50%)、透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備(投資占比25%)和印刷設(shè)備(投資占比15%),其中非晶硅沉積設(shè)備、透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備均需要用到薄膜沉積設(shè)備。在TOPCon電池關(guān)鍵工藝步驟隧穿層和多晶硅層的制備中,LPCVD為起步較早的技術(shù)路線,但市場推廣進(jìn)程較慢,主要因為其存在繞鍍嚴(yán)重、成膜速率低、需二次摻雜過程繁瑣、后期運營成本高等尚未解決的技術(shù)難題。(三)光伏薄膜設(shè)備發(fā)展趨勢現(xiàn)階段,下游光伏行業(yè)發(fā)展已經(jīng)由過去的粗放式、外延式發(fā)展向精細(xì)化、內(nèi)涵式發(fā)展轉(zhuǎn)變,高效率、低成本的產(chǎn)品受到行業(yè)的青睞,產(chǎn)品升級需求進(jìn)一步提高。光伏企業(yè)從傳統(tǒng)重視規(guī)模效益、依賴補貼,逐步轉(zhuǎn)向?qū)Ω咝?、高性能、高品質(zhì)的光伏產(chǎn)品的追求。在市場化愈發(fā)重要的背景下,各種技術(shù)的創(chuàng)新,將會催生出更多的設(shè)備需求。設(shè)備研制與新型工藝技術(shù)開發(fā)相結(jié)合成為趨勢。以提高轉(zhuǎn)換效率為目的采用新型工藝的電池片生產(chǎn)將采取設(shè)計、制造、工藝開發(fā)、設(shè)備開發(fā)與改進(jìn)聯(lián)合進(jìn)行的方式,上下游緊密合作,既縮短設(shè)備的開發(fā)周期,同時促進(jìn)先進(jìn)工藝的應(yīng)用,也能降低設(shè)備采購成本,進(jìn)一步提高國內(nèi)光伏企業(yè)的市場競爭力。由于TOPCon電池生產(chǎn)線可以由現(xiàn)有PECR電池生產(chǎn)線升級改造完成,而且目前TOPCon電池生產(chǎn)線單位投資規(guī)模和運營成本明顯低于HJT電池生產(chǎn)線,因此TOPCon電池生產(chǎn)線在N型電池線建設(shè)中進(jìn)展顯著。測試設(shè)備:晶圓質(zhì)量把關(guān)人晶圓與芯片兩大檢測領(lǐng)域,三大設(shè)備協(xié)同作用。集成電路生產(chǎn)需要檢測工藝是否合格、版圖設(shè)計是否合理、產(chǎn)品是否可靠,而這些都需要用到專門的測試設(shè)備,以此提高芯片制造水平,保證芯片質(zhì)量。測試設(shè)備主要有測試機、分選機和探針臺三大類設(shè)備,其中測試機用于檢測芯片功能和性能,對芯片施加輸入信號,采集輸出信號來判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性;而分選機和探針臺則是將芯片的引腳與測試機的功能模塊起來,進(jìn)而實現(xiàn)批量自動化測試。在晶圓檢測中,探針臺將晶圓傳送至測試位置,芯片的Pad點通過探針、專用連接線與測試機連接,測試機通過I/O信號,判斷芯片性能是夠是否達(dá)到規(guī)范設(shè)計要求。在芯片檢測中,分選機將被測芯片逐個自動傳送至測試工位,測試機對芯片進(jìn)行性能檢測,最后分選機將被測芯片進(jìn)行標(biāo)記、分選、收料。預(yù)計2022年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到82億美元。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,2021年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)模為78億美元,同比增長30%,預(yù)計2022年測試設(shè)備增長5%,達(dá)到82億美元。對于細(xì)分的半導(dǎo)體測試設(shè)備,2021年全球測試機、分選機和探針機占半導(dǎo)體測試設(shè)備的比例分別為63.1%、17.4%和15.2%,市場規(guī)模約為49.2、13.6、11.9億美元。據(jù)此可以簡單估算,2022年測試機、分選機和探針機的全球市場規(guī)模分別約為51.7、14.3和12.5億美元。數(shù)字測試機相比于模擬測試機難度較高,SoC占據(jù)主要市場份額。根據(jù)測試對象的不同,測試機可以分為SoC、存儲、模擬和RF等,其中數(shù)字測試機主要包括SoC和存儲測試機。相比于模擬測試機,數(shù)字測試機的技術(shù)難度更高。從市場份額來看,SoC測試機占據(jù)60%份額,與存儲測試機共同占據(jù)全球80%市場份額。測試機領(lǐng)域國產(chǎn)份額較低,本土廠商逐步追趕。全球測試機行業(yè)被泰瑞達(dá)和愛德萬占據(jù)大部分市場份額,據(jù)華經(jīng)情報網(wǎng)援引SEMI數(shù)據(jù),2021年全球半導(dǎo)體測試機市場中泰瑞達(dá)、愛德萬和科休的市場份額占比分別為51%、33%、11%,合計市占率為95%,份額高度集中。在國內(nèi)市場,競爭格局相對分散,國內(nèi)廠商華峰測控和長川科技的市占率分別為8%和5%,正逐步追趕當(dāng)中,長川科技數(shù)字測試機等產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)有效突破。半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展政策半導(dǎo)體設(shè)備是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵,在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。為推動半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展,增強產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和國際競爭力,我國近年來從戰(zhàn)略地位、人才、資金、技術(shù)、稅收、市場等各方面出臺了一系列支持性政策。半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備發(fā)展趨勢(一)半導(dǎo)體行業(yè)景氣度帶動半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備需求增長隨著半導(dǎo)體行業(yè)整體景氣度的提升,全球半導(dǎo)體設(shè)備市場呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢,拉動市場對薄膜沉積設(shè)備需求的增加。薄膜沉積設(shè)備行業(yè)一方面長期受益于全球半導(dǎo)體需求增加與產(chǎn)線產(chǎn)能的擴(kuò)充,另一方面受益于技術(shù)演進(jìn)帶來的增長機遇,包括制程進(jìn)步、多重曝光與3DD存儲技術(shù),全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模將因此高速增長。MaximizeMarketResearch預(yù)計全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模在2025年將從2020年的172億美元擴(kuò)大至340億美元,保持年復(fù)合13.3%的增長速度。(二)半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備進(jìn)口替代空間巨大近年來,在國家政策的拉動和支持下,我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,整體實力顯著提升,設(shè)計、制造能力與國際先進(jìn)水平不斷縮小,但半導(dǎo)體先進(jìn)設(shè)備制造仍然相對薄弱?!吨袊圃?025》對于半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化提出明確要求:在2020年之前,90-32nm工藝設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到50%,實現(xiàn)90nm光刻機國產(chǎn)化,封測關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到50%。在2025年之前,20-14nm工藝設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到30%,實現(xiàn)浸沒式光刻機國產(chǎn)化。為推動我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國家先后設(shè)立國家重大專項和國家集成電路基金,國家集成電路基金首期募資1,387億元,二期募資超過2,000億元。伴隨著國家鼓勵類產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)投資基金不斷的落實與實施,本土半導(dǎo)體及其設(shè)備制造業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展契機,而薄膜沉積設(shè)備作為半導(dǎo)體制造的核心設(shè)備,將會迎來巨大的進(jìn)口替代市場空間。(三)薄膜要求提高半導(dǎo)體薄膜沉積衍生設(shè)備需求在晶圓制造過程中,薄膜發(fā)揮著形成導(dǎo)電層或絕緣層、阻擋污染物和雜質(zhì)滲透、提高吸光率、阻擋刻蝕等重要作用。由于芯片的線寬越來越窄、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,薄膜性能參數(shù)精細(xì)化要求也隨之提高,如先進(jìn)制程的前段工藝對薄膜均勻性、顆粒數(shù)量控制、金屬污染控制的要求逐步提高,臺階覆蓋能力強、薄膜厚度控制精準(zhǔn)的ALD設(shè)備因此被引入產(chǎn)線。(四)先進(jìn)制程增加導(dǎo)致半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場攀升隨著集成電路制造不斷向更先進(jìn)工藝發(fā)展,單位面積集成的電路規(guī)模不斷擴(kuò)大,芯片內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,所需要的薄膜層數(shù)越來越多,對絕緣介質(zhì)薄膜、導(dǎo)電金屬薄膜的材料種類和性能參數(shù)不斷提出新的要求。在90nmCMOS工藝大約需要40道薄膜沉積工序。在3nmFinFET工藝產(chǎn)線,則超過100道薄膜沉積工序,涉及的薄膜材料由6種增加到近20種,對于薄膜顆粒的要求也由微米級提高到納米級。只有薄膜沉積設(shè)備的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步才能支撐集成電路制造工藝向更小制程發(fā)展。目前,半導(dǎo)體行業(yè)的薄膜沉積設(shè)備中,PVD設(shè)備與CVD設(shè)備均已初步實現(xiàn)國產(chǎn)化,而ALD設(shè)備作為先進(jìn)制程所必須的工藝設(shè)備,在大規(guī)模量產(chǎn)方面國內(nèi)廠商尚未形成突破。當(dāng)技術(shù)節(jié)點向14納米甚至更小的方向升級時,與PVD設(shè)備和CVD設(shè)備相比,ALD設(shè)備的必要性更加凸顯。目前,基于供應(yīng)鏈安全考慮,國內(nèi)設(shè)備制造商正面臨更多的機會。面對半導(dǎo)體設(shè)備向高精度化與高集成化方向發(fā)展的趨勢,以及國產(chǎn)化進(jìn)程加快的背景下,國產(chǎn)半導(dǎo)體ALD設(shè)備迎來前所未有的發(fā)展契機。目前主流應(yīng)用的顯示技術(shù)為LCD和OLED,在海茲定律(即在給定的光波長下,每流明成本每十年降低10倍,每LED組件的發(fā)光量每十年提高20倍)驅(qū)動下,從中長期看,新型顯示技術(shù)如柔性電子、Mini/MicroLED市場規(guī)模將快速提升。水汽穿透率(WVTR)是衡量膜層抗水氧的重要指標(biāo),由于顯示器件被水和氧氣滲透后極易發(fā)生老化變性,導(dǎo)致器件亮度和使用壽命出現(xiàn)明顯衰減,因此需要使用阻水阻氧材料進(jìn)行封裝保護(hù),其中可彎折的柔性O(shè)LED顯示器對水汽較為敏感,其WVTR指標(biāo)需要達(dá)到10-4g/m2/d以下。其他新型顯示技術(shù)的WVTR至少也需要小于10-3g/m2/d的程度,才能保證在嚴(yán)苛環(huán)境之下的可靠度??紤]到新型顯示技術(shù)對封裝保護(hù)的更高要求,而ALD膜層擁有高密度、無針孔、保型性能好、絕緣、阻水阻氧等特點,柔性O(shè)LED等新型顯示技術(shù)開始使用ALD膜層來保證其穩(wěn)定性。早期的LED加工工藝要求的精密度無法與集成電路相比,防水汽與防氧化也沒有OLED那么嚴(yán)格,但隨著芯片尺寸持續(xù)縮小的趨勢與高功率密度芯片級別封裝CSP的興起,ALD技術(shù)優(yōu)勢逐漸體現(xiàn),并進(jìn)入新型顯示行業(yè)的視線,ALD技術(shù)的市場需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。薄膜沉積設(shè)備:集成電路奠基者薄膜沉積技術(shù)是以各類化學(xué)反應(yīng)源在外加能量(包括熱、光、等離子體等)的驅(qū)動下激活,將由此形成的原子、離子、活性反應(yīng)基團(tuán)等在襯底表面進(jìn)行吸附,并在適當(dāng)?shù)奈恢冒l(fā)生化學(xué)反應(yīng)或聚結(jié),漸漸形成幾納米至幾微米不等厚度的金屬、介質(zhì)、或半導(dǎo)體材料薄膜。作為芯片襯底之上的微米或納米級薄膜,是構(gòu)成了制作電路的功能材料層。隨著集成電路制造不斷向更先進(jìn)工藝發(fā)展,單位面積集成的電路規(guī)模不斷擴(kuò)大,芯片內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,所需要的薄膜層數(shù)越來越多,對絕緣介質(zhì)薄膜、導(dǎo)電金屬薄膜的材料種類和性能參數(shù)不斷提出新的要求。薄膜設(shè)備的發(fā)展支撐了集成電路制造工藝向更小制程發(fā)展。隨著半導(dǎo)體行業(yè)整體景氣度的提升,全球半導(dǎo)體設(shè)備市場呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢,拉動市場對薄膜沉積設(shè)備需求的增加。根據(jù)MaximizeMarketResearch數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2017-2020年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模分別為125億美元、145億美元、155億美元和172億美元,2021年擴(kuò)大至約190億美元,年復(fù)合增長率為11.04%。預(yù)計全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模在2025年將從2021年的190億美元擴(kuò)大至340億美元,保持年復(fù)合15.7%的增長速度。近年來,下游產(chǎn)業(yè)新技術(shù)、新產(chǎn)品快速發(fā)展,正迎來市場快速增長期。5G手機、新能源汽車、工業(yè)電子等包含的半導(dǎo)體產(chǎn)品數(shù)量較傳統(tǒng)產(chǎn)品大比例提高;人工智能、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等新業(yè)態(tài)的出現(xiàn),對于半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)生了新需求。經(jīng)過不斷發(fā)展,根據(jù)不同的應(yīng)用演化出了PECVD、LPCVD、濺射PVD、ALD等不同的設(shè)備用于晶圓制造的不同工藝。其中,PECVD是薄膜設(shè)備中占比最高的設(shè)備類型,占整體薄膜沉積設(shè)備市場的33%;ALD設(shè)備目前占據(jù)薄膜沉積設(shè)備市場的11%;SACVD是新興的設(shè)備類型,屬于其他薄膜沉積設(shè)備類目下的產(chǎn)品,占比較小。在晶圓制造過程中,薄膜起到產(chǎn)生導(dǎo)電層或絕緣層、阻擋污染物和雜質(zhì)滲透、提高吸光率、臨時阻擋刻蝕等重要作用。隨著集成電路的持續(xù)發(fā)展,晶圓制造工藝不斷走向精密化,芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度也不斷提高,需要在更微小的線寬上制造。制造商要求制備的薄膜品種隨之增加,最終用戶對薄膜性能的要求也日益提高。這一趨勢對薄膜沉積設(shè)備產(chǎn)生了更高的技術(shù)要求,市場對于高性能薄膜設(shè)備的依賴逐漸增加。隨著集成電路的持續(xù)發(fā)展,產(chǎn)線逐漸升級,晶圓廠對薄膜沉積設(shè)備數(shù)量和性能的需求將繼續(xù)隨之提升。越先進(jìn)制程的產(chǎn)線所需的薄膜沉積設(shè)備數(shù)量越多。先進(jìn)制程使得晶圓制造的復(fù)雜度和工序量都大大提升,為保證產(chǎn)能,產(chǎn)線上需要更多的設(shè)備。隨著當(dāng)前存儲器性能瓶頸的出現(xiàn),主流工藝方式不斷拓展,精密結(jié)構(gòu)加工所需的設(shè)備性能要求不斷增加。在FLASH存儲芯片領(lǐng)域,隨著主流制造工藝由2DD發(fā)展為3DD結(jié)構(gòu),相關(guān)產(chǎn)線中薄膜設(shè)備支出占比由18%提升至26%,結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化導(dǎo)致對于薄膜沉積設(shè)備的需求量也逐步增加。半導(dǎo)體設(shè)備屬于高新技術(shù)領(lǐng)域,相關(guān)廠商均在各自專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域耕耘幾十年。從全球市場份額來看,薄膜沉積設(shè)備行業(yè)呈現(xiàn)出高度壟斷的競爭局面,行業(yè)基本由應(yīng)用材料(AMAT)、先晶半導(dǎo)體(ASMI)、泛林半導(dǎo)體(Lam)、東京電子(TEL)等國際巨頭壟斷。2019年,ALD設(shè)備龍頭東京電子和先晶半導(dǎo)體分別占據(jù)了31%和29%的市場份額,剩下40%的份額由其他廠商占據(jù);而應(yīng)用材料則基本壟斷了PVD市場,占85%的比重,處于絕對龍頭地位;在CVD市場中,應(yīng)用材料全球占比約為30%,連同泛林半導(dǎo)體的21%和TEL的19%,三大廠商占據(jù)了全球70%的市場份額。CVD設(shè)備需求量大,設(shè)備種類較多。國內(nèi)從事CVD設(shè)備開發(fā)銷售的公司主要有北方華創(chuàng)、中微公司和拓荊科技。北方華創(chuàng)主要研發(fā)PVD、LPCVD和APCVD設(shè)備,中微公司主要研發(fā)MOCVD設(shè)備,和拓荊科技的PECVD以及SACVD設(shè)備無直接競爭關(guān)系。各公司專注于不同細(xì)分領(lǐng)域,共同發(fā)展彌補國內(nèi)企業(yè)在相關(guān)行業(yè)的短板。除了光刻、薄膜沉積以及刻蝕三大核心工藝外,其他前道設(shè)備雖然占比不高,但同樣不可或缺。從芯片制造工藝來看,包括涂膠顯影設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備以及擴(kuò)散設(shè)備。其中涂膠顯影設(shè)備與光刻機共同完成光刻工藝;清洗機與CMP共同完成芯片的各步驟的清洗與拋光;離子注入機和擴(kuò)散爐則專注于摻雜工藝。太陽能電池片行業(yè)(一)太陽能電池片行業(yè)基本情況太陽能電池片技術(shù)的發(fā)展對光伏設(shè)備技術(shù)提升和應(yīng)用拓展有重要推動作用。從太陽能電池片的生產(chǎn)技術(shù)來看,近幾年可分為三個階段:第一個階段是2015年以前,光伏電池市場主要采取多晶Al-BSF技術(shù),單晶PERC電池處于技術(shù)驗證階段,以試驗產(chǎn)能為主,增長迅速但總量較小,隨著單晶PERC電池成功量產(chǎn),其商業(yè)化的可行性得到確認(rèn);第二階段是2015-2017年,單晶PERC電池投資吸引力凸顯,國內(nèi)廠商開始加碼PERC電池生產(chǎn),但從整個光伏電池市場來看,主要還是采取多晶Al-BSF技術(shù),Al-BSF技術(shù)電池因性能穩(wěn)定,生產(chǎn)成本較低,此階段仍占據(jù)著市場主要份額;第三階段是2018年至今,PERC電池產(chǎn)能實現(xiàn)爆發(fā)式增長,根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2019年至2021年的新建量產(chǎn)產(chǎn)線以PERC電池產(chǎn)線為主,PERC電池片在2021年的市場占比進(jìn)一步提升至91.2%。太陽能電池片技術(shù)路線主要包括鋁背場電池(Al-BSF)、PERC、TOPCon、異質(zhì)結(jié)(HJT)、背接觸(IBC)及鈣鈦礦等。P型電池以P型硅片為原材料,技術(shù)路線包括傳統(tǒng)的鋁背場技術(shù)以及目前非常成熟的PERC技術(shù);N型電池以N型硅片為原材料,技術(shù)路線包括TOPCon、HJT等,近年來已有廠商陸續(xù)開始布局,屬于下一代高效電池技術(shù)路線的潛在方向,而IBC和鈣鈦礦為未來技術(shù),尚處于實驗和驗證階段。Al-BSF電池是指在晶硅太陽能電池P-N結(jié)制備完成后,通過在硅片的背光面沉積一層鋁膜,制備P+層,從而形成鋁背場。其既可以減少少數(shù)載流子在背面復(fù)合的概率,同時也可以作為背面的金屬電極,因此能夠提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。PERC技術(shù)采用的是在現(xiàn)有Al-BSF工藝上增加背面介質(zhì)鈍化層然后用激光在背表面進(jìn)行打孔或開槽露出硅基體。背面介質(zhì)鈍化層通過背面鈍化工藝是在硅片背面沉積Al2O3和SiNX,Al2O3由于具備較高的負(fù)電荷密度,可以對P型表面提供良好的鈍化,SiNX主要作用是保護(hù)背部鈍化膜,并保證電池正面的光學(xué)性能。背面鈍化可實現(xiàn)兩點價值,一是顯著降低背表面少數(shù)載流子的復(fù)合速度,從而提高少子的壽命,增加電池開路電壓;二是在背表面形成良好的內(nèi)反射機制,增加光吸收的幾率,減少光損失。由于PERC電池具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝流程短、設(shè)備成熟度高等優(yōu)點,已經(jīng)替代Al-BSF電池并成為成熟電池工藝。TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸電池技術(shù),與常規(guī)電池最大的不同在于,其在電池的背面采用了接觸鈍化技術(shù),結(jié)構(gòu)包括超薄二氧化硅隧穿層和摻雜多晶硅層(晶硅基底與摻雜多晶硅在背面形成異質(zhì)結(jié)),二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu),為電池的背面提供了優(yōu)異的表面鈍化。TOPCon電池制備過程較PERC電池要復(fù)雜,但我國光伏企業(yè)在TOPCon電池技術(shù)上已取得一定積累,很多量產(chǎn)工藝瓶頸和設(shè)備瓶頸也獲得了突破,未來存在將TOPCon技術(shù)與IBC技術(shù)相融合升級為TBC電池的可能性。HJT技術(shù)即異質(zhì)結(jié)太陽能電池,電池片中同時存在晶體和非晶體級別的硅,非晶硅的存在能夠更好地實現(xiàn)鈍化。HJT電池的制備工藝步驟簡單,且工藝溫度較低,可避免高溫工藝對硅片的損傷,并有效降低排放,但是工藝難度大,且產(chǎn)線與傳統(tǒng)電池技術(shù)不兼容,需要重新購置主要生產(chǎn)設(shè)備,產(chǎn)線投資規(guī)模較大。目前異質(zhì)結(jié)電池市場滲透率相對較低,僅在部分企業(yè)中實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。IBC電池最大的特點是P-N結(jié)和金屬接觸都處于電池的背面,正面沒有金屬電極遮擋的影響,因此具有更高的短路電流,同時背面可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯(lián)電阻從而提高填充因子,加上電池前表面場以及良好鈍化作用帶來的開路電壓增益,使得這種正面無遮擋的電池就擁有了高轉(zhuǎn)換效率。相比于PERC、TOPCon和HJT,IBC電池的工藝流程和設(shè)備要復(fù)雜很多,并且投資較高,國內(nèi)尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。鈣鈦礦太陽能電池是以鈣鈦礦晶體為吸光材料的一種新型太陽能電池技術(shù)。與其它太陽能電池材料相比,有機無機雜化鈣鈦礦材料的吸光系數(shù)高、載流子傳輸距離長、缺陷容忍度高、帶隙可調(diào),非常適合制備高效太陽能電池。但由于電池本身受溫度及濕度影響,化學(xué)鍵合作用弱,易形變,光致衰退明顯,因此穩(wěn)定性問題仍未解決,尚處于小規(guī)模試驗階段。(二)太陽能電池片行業(yè)發(fā)展情況2011年至2021年,全球電池片產(chǎn)量持續(xù)增長,2021年全球電池片總產(chǎn)量為223.9GW,同比增長37%。2010年至2021年,我國太陽能電池片產(chǎn)量逐年上升,2021年我國電池片產(chǎn)量為197.9GW,較2020年同比增長約46.8%。我國電池片生產(chǎn)規(guī)模自2007年開始已連續(xù)14年居全球首位,全球電池片產(chǎn)業(yè)繼續(xù)向我國集中。從各類電池的市場占有率看,2018年傳統(tǒng)的BSF電池依然占領(lǐng)半數(shù)市場,2019年P(guān)ERC電池技術(shù)迅速反超BSF電池,占據(jù)了超過65%的市場份額,2020年,PERC電池片市場占比達(dá)到86.4%,2021年進(jìn)一步提升至91.2%。(三)太陽能電池片行業(yè)發(fā)展趨勢TOPCon和HJT是繼PERC電池之后的主要新興技術(shù),TOPCon電池升級迭代的最大優(yōu)勢在于其與PERC產(chǎn)線兼容度高,可從PERC產(chǎn)線改造升級,是目前初始投資成本最低的N型高效電池之一。HJT技術(shù)的核心優(yōu)勢是電池結(jié)構(gòu)相對簡單,然而目前設(shè)備成本依舊較高,經(jīng)濟(jì)性不足,在材料端和設(shè)備端均存在降本空間。雖然TOPCon電池、HJT電池可以獲得較高的電池光電轉(zhuǎn)換效率,但因其各有的限制性因素的存在導(dǎo)致目前規(guī)模量產(chǎn)偏少。TOPCon技術(shù)目前尚未取代PERC技術(shù)的主要原因為:(1)工藝步驟增加,導(dǎo)致技術(shù)成熟度和產(chǎn)品良率有待進(jìn)一步提高;(2)工藝設(shè)備成本和雙面銀漿帶來的成本上升。HJT技術(shù)目前尚未取代PERC技術(shù)的主要原因為:(1)HJT電池產(chǎn)線的投資成本較高,是PERC電池產(chǎn)線投資的2-3倍以上;(2)HJT技術(shù)路線采用透明電極和低溫銀漿,技術(shù)成熟度不高,運營成本相對較高。我國光伏企業(yè)在TOPCon、HJT等下一代高效晶硅電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)上先后取得突破,轉(zhuǎn)換效率不斷刷新世界記錄,效率更高的N型TOPCon電池、HJT電池等則最有望成為P型PERC電池后的產(chǎn)業(yè)化主流技術(shù)。薄膜沉積技術(shù)概況(一)薄膜沉積設(shè)備基本情況薄膜沉積設(shè)備通常用于在基底上沉積導(dǎo)體、絕緣體或者半導(dǎo)體等材料膜層,使之具備一定的特殊性能,廣泛應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)。(二)薄膜沉積設(shè)備技術(shù)基本情況薄膜沉積設(shè)備按照工藝原理的不同可分為物理氣相沉積(PVD)設(shè)備、化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備和原子層沉積(ALD)設(shè)備。物理氣相沉積(PVD)技術(shù)是指在真空條件下采用物理方法將材料源(固體或液體)表面氣化成氣態(tài)原子或分子,或部分電離成離子,并通過低壓氣體(或等離子體)過程,在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類:真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。化學(xué)氣相沉積(CVD)是通過化學(xué)反應(yīng)的方式,利用加熱、等離子或光輻射等各種能源,在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)沉積物的技術(shù),是一種通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在基體表面沉積薄膜的工藝,可應(yīng)用于絕緣薄膜、硬掩模層以及金屬膜層的沉積。PVD為物理過程,CVD為化學(xué)過程,兩種具有顯著的區(qū)別。ALD也是采用化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行沉積,但反應(yīng)原理和工藝方式與CVD存在顯著區(qū)別,在CVD工藝過程中,化學(xué)蒸氣不斷地通入真空室內(nèi),而在ALD工藝過程中,不同的反應(yīng)物(前驅(qū)體)是以氣體脈沖的形式交替送入反應(yīng)室中的,使

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