挑战迈为HJT降本利器,热丝CVD有望短期内反超PECVD

目前,全国异质结电池已有和在建产能约20GW,而一年前,这一数字还不足10GW。在2022年,异质结电池也迎来了新的扩产潮,据统计,今年国内规划和新增建设的异质结电池产能已高达180多GW。

由于异质结电池的产线与现有的PERC、TOPCon电池产线完全不同,需要重新制造,所以对设备制造商而言,这是一个巨大的新市场机会;同样,目前重注异质结产线的光伏企业中,绝大部分都是初创公司,这对资本而言也是绝佳的投资机会。

截至今年8月,中国异质结电池新建产能统计表(部分)

。据统计,今年6月份的异质结电池单瓦成本大概为1.15元,比TOPCon要贵3%,比PERC要贵8%。这种价格差在以单瓦为单位计算时并不明显,而一旦以GW为单位计算,不同技术的生产成本差将扩大到千万元以上。

从降低成本的角度看,目前异质结电池在初期投产阶段,最大的成本支出项就是生产设备成本。业内的普遍看法是,只要异质结电池的初始设备投资能降下去,异质结电池就能够迅速起量

一般而言,生产一块异质结电池,通常需要经历清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜制备以及栅线电极制备四步,每一步都对应着一款生产设备。而建设单GW产能的异质结产线,需要花费3.5~4.5亿元。

具体到每一步的成本占比,第一道工序约占10%,第二道工序占50%,第三道工序占25%,第四道工序占15%——从设备成本占比的角度来讲,降低非晶硅薄膜沉积所需的成本将是重中之重。

异质结技术推广最大的瓶颈就是设备成本,最突出的是在非晶硅/微晶硅镀膜的CVD段。目前主流的PECVD技术占4亿/GW异质结设备投资成本的50%左右,按近年来降价的节奏、设备构成和成本看,其成本下降空间不大。

而热丝CVD(HotFilament CVD, 以下简称HoFCVD)技术,因为原理不同,设备的构成有了质的变化,成本下降空间能大幅打开,短期内将CVD设备成本下降50%以上都是可能的。

按照每GW节省1亿的投资成本,现在异质结投资的规划多在10GW以上,项目投资可节省10亿以上,热丝CVD很可能在短期内成为CVD技术的主流。

1. 原理不同,性能成本自然不同

热丝CVD的技术原理是利用SiH4、H2等气体分子在加热的金属丝上发生催化分解反应,产生Si、H、SiHx等“不带电”的活性基团,这些活性基团落到基底表面上发生粘附、迁移、化学成键等反应,形成薄膜。

与热丝CVD技术原理完全不同,PECVD是使反应气体在辉光放电等离子体中受激分解生成“带电”的高反应活性的基团,这些活性基团落到基底表面上发生粘附、迁移、化学成键等反应,形成薄膜。

因为上述反应原理的不同,在具体的工艺参数要求方面,二者就产生了显著的差异,比如说:1)HoFCVD的激发电源是直流源,PECVD的是高频交流源(13.56MHz、40MHz等);2)HoFCVD的沉积气压为1-2Pa,PECVD的为几十Pa,等等。诸如此类的工艺的差异,又带来了设备构成的巨大差异。最终导致了量产装备的性能、成本等方面的巨大差异。

2. 优势明显,HoFCVD降本空间更大

与PECVD相比,HoFCVD的优势表现在:

1)镀膜质量好,速度快:热丝技术镀膜时薄膜和衬底不受等离子体损伤[1],有利于形成更高质量的薄膜。镀高质量的非晶硅薄膜速度可以是PECVD的10倍以上[2,3]。

2)HWCVD特气耗量远低于PECVD:仅需用PECVD约1-10%的特气[4]。已有的研发机型和量产机型上的工作经验也充分证明了这一点。

3)HoFCVD不产生粉尘:PECVD反应粉尘产生的原因是反应气压高,且反应生成的基团带电,这两点导致反应基团易于发生碰撞并团聚,即生成粉尘。由于HWCVD的反应气体压力比PECVD低得多,且反应生成基团不带电,所以无粉尘产生。

4)不用NF3清洗腔体和载板:PECVD每镀一定时间必须用NF3气体清洗腔体和载板。这需要消耗特种NF3气体,而且占用了大量的设备机时。HoFCVD不需要这个步骤,所以不用NF3气体,设备稼动率也要更高,可节省机时~10%。

5)HoFCVD易于实现更大大产能设备:HoFCVD技术通过增加热丝的长度和增加热丝的根数,可以很容易地扩大沉积面积,且保持均匀性不下降;其一次镀膜2个载板,即相同镀膜载板面积可以实现PECVD的2倍产能。目前江西汉可泛半导体技术有限公司量产的HoFCVD产品已经可实现8000片/小时(500MW)的HoFCVD产品,不久的将来将推出16000片/小时(1GW)的产品。

6)HoFCVD设备成本较低:热丝设备不需要昂贵的射频电源和复杂的匀气系统,载板和腔体要求也低得多,设备长度等也短很多。这些因素综合,导致HoFCVD设备造价低得多,完全可实现1亿/GW的目标。

7)HoFCVD设备运营成本也更低:热丝不光可以做产能更大单价更低的设备,而且运营成本也更低,日本研究团队计算热丝生产运营成本比PECVD低10%左右[5],江西汉可也报道过相似结果。

3. 热丝先发,PECVD为何占据主流?

众所周知,作为异质结太阳电池技术的发明人,日本三洋公司的量产采用的HoFCVD技术,而且在近10年前产能已经达到了1GW!这其实可以充分说明HoFCVD技术的先发优势了。

先发优势加上技术优势,热丝CVD本该大量普及,但多年来异质结产线的主流设备采用的却是PECVD技术。

据南昌大学光伏研究团队黄海宾教授介绍,十年前掌握HoFCVD使用技术的,只有日本三洋公司一家,而掌握HoFCVD装备制造技术的也只有日本爱发科公司一家,这两家的保密工作都做的非常好,行业对HoFCVD装备和使用技术的储备近乎为“零”,不知其技术要点和做出高效异质结电池的关键工艺。

再加上HoFCVD技术与PECVD技术相比额外用的唯一耗材- 热丝,因独家供应被卖到了很高的价格,这些都极度抑制了HoFCVD技术的发展。

而PECVD技术比HoFCVD技术早发明约15年 [6,7],其在各行各业有着大量应用。无论在装备制造还是使用方面,全球包括我国对PECVD均有丰富的技术、人才的储备。随着日本三洋在光伏领域的推出,当异质结技术在日本之外的(主要是我国)发展起来时,行业普遍选择了PECVD技术。

4. 重回主流,热丝CVD能否实现反超?

近年来,在南昌大学光伏研究团队的努力下,中国的热丝CVD技术已经实现了成熟量产和应用,热丝CVD重回技术主流已经完全可能。

根据已有报道,目前国内的研发型HoFCVD设备制得了转换效率24.7%的异质结电池(9BB,未叠加硅片吸杂、微晶硅、特种TCO、特种减反层等),且设备用的是自行开发的国产热丝,单瓦电池片热丝材料的耗费仅相当于进口产品的百分之一。国产热丝CVD设备的产能、运营费用、稼动率等方面均有了质的飞跃,全面达到甚至多项超过了现在PECVD的普遍水平。

记者了解到,由江西汉可泛半导体技术有限公司正在开发的吉瓦级异质结单线用HoFCVD生产装备,有望将每GW产线中的CVD主机台价格降到1亿元以下。不久的将来,相信异质结技术的CVD设备很快将重回HoFCVD时代!

5. 汉可泛半导体刚刚不到2年,尚处于资本运作早期

根据天眼查公开信息,公司股权结构较为集中。创始人及管理层持股比例为80.85%,剩余投资机构主要是中南资本旗下的厦门中南弘道(9.76%)、诺延资本旗下的福州诺延智行(8.82%)。未来还有非常大的资本运作的空间。



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页面更新:2024-03-31

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