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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、電學等特殊性能。

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，光伏薄膜沉積設備主要應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備投資占比將從25%提升至35%左右，HJT投薄膜沉積設備投資金額占比更是高達50%。招商證券預計2022年光伏薄膜沉積設備市場空間約為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技術中發(fā)展最早、應用較為廣泛的鍍膜技術。

從光伏電池的應用情況來看，鏈式多腔PVD真空鍍膜設備主要應用于HJT的第三道生產工序。通過磁控濺射技術或RPD（離子反應鍍膜）技術，在非晶硅鈍化異質結電池正背面沉積TCO透明金屬氧化物導電膜，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。

2022年11月，奧來德發(fā)布公告稱，擬使用超募資金4900萬元投資建設新項目，其中包括2900萬元的鈣鈦礦結構型太陽能電池蒸鍍設備的開發(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備，打破進口依賴，實現自主可控。

磁控濺射法是在傳統(tǒng)濺射基礎上，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TCO導電薄膜的制備。該方法的優(yōu)勢在于設備成本低，工藝穩(wěn)定、具有更快的薄膜沉積速率，而且能滿足大規(guī)模產業(yè)化要求。

磁控濺射作為一種成熟的薄膜制備技術，在制備鈣鈦礦電池方面具備較大的應用潛力。與真空蒸鍍技術相似，磁控濺射也出現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，北京大學鄒德春教授提出，通過磁控濺射制備了高質量鈣鈦礦薄膜，實現成分可控，無溶劑，大面積和批量生產。實驗結果表明，通過磁控濺射制備的鈣鈦礦薄膜的功率轉換效率(PCE)為6.14%。

現階段，PVD設備的價值量較高。板硝子（日本玻璃制造商）歐洲技術中心報告顯示，一條光伏用TCO鍍膜玻璃的磁控濺射產線（包設備）投資約4000萬美元。

相關設備廠商中，海外進程較為領先。

德國的馮·阿登納（Von Ardenne）擁有超過50年的電子束工藝經驗以及40余年的磁控管技術能力，是薄膜光伏領域玻璃鍍膜系統(tǒng)和設備的領先供應商之一；美國應用材料（Applied Materials）在公司成立之初就專注于薄膜淀積領域，據悉，其產品占近55%的全球PVD設備市場。

國內方面，京山輕機2022年8月，在投資者互動平臺表示，公司目前的PVD設備主要運用于光伏TOPCon電池片以及鈣鈦礦薄膜電池的生產環(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。該技術類型最明顯的優(yōu)點是能夠在形狀復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，低壓化學氣相沉積法)、PECVD（Plasma Enhanced CVD，等離子增強化學氣相沉積法）、HWCVD（Hot-Wire CVD，熱絲化學氣相沉積）三種技術類型。

其中，根據多晶硅生長的設備不同，TOPCon以LPCVD和PECVD技術為主。HJT則以HWCVD和PECVD技術為主。

2.1 LPCVD：量產良率達98%

LPCVD是將制備薄膜所需的氣態(tài)物質在27-270Pa的較低壓力下，用450-900℃的熱能激活，使其發(fā)生熱分解或者化學反應，最終形成多晶硅薄膜。

該技術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投產產線以LPCVD技術為主。LPCVD路線已經過多年量產檢驗，產線當前已實現98%的量產良率，且成膜質量高。

2023年新建TOPCon電池產線預計將于2023年上半年集中落地，由于晶科能源、鈞達股份均于2022年四季度前實現滿產，LP路線頭部廠商的TOPCon電池投產節(jié)奏較行業(yè)平均水平領先6-9個月。

但是，LPCVD技術仍面臨繞鍍明顯、原位摻雜技術難度高、產能較其他技術路線低等痛點，僅頭部少數企業(yè)解決了繞鍍及石英舟耗費較大的問題。

國家知識產權局數據顯示，晶科能源在繞鍍、摻雜和石英舟等LPCVD技術痛點方面均取得了技術突破。

設備方面，微導納米研發(fā)了光伏領域的ALD、PECVD、PEALD、擴散等多種設備，推進AEP®技術為核心的TOPCon電池工藝整線，可提供TOPCon設備價值量提升至產線投資額的40%-50%。

北方華創(chuàng)的LPCVD設備滿足TOPCon電池制備需求，同時可滿足大尺寸硅片及高產能需求，目前廣泛應用于新能源光伏電池制備工藝中。

拉普拉斯（由多位海內外半導體設備領域高端人才創(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氣相沉積鍍膜設備可應用于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)內參與反應的氣體，使氣體電離產生輝光放電效應，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的應用當中，PECVD與LPCVD一樣，可兼容現有PERC產線，并且有望克服LPCVD技術方面的不足之處。

不同于LPCVD的成膜速度慢、繞度明顯，PECVD非晶硅沉積速率快，可實現原位摻雜，將沉積工藝總時間控制在35分鐘以內。雖然PECVD也會在硅片側面及電池正面邊緣區(qū)產生輕微的繞度區(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，且產線需要熟練生產人員經一定時間調試才可實現最佳狀態(tài)，因此實際的良率和轉換效率據理想狀態(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路線新建產線設備投資額較為接近，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，不同技術路線對TOPCon廠商生產成本的影響將同樣變小。

2023年6月，微導納米公告稱，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電池設備，包括但不限于ALD設備、PEALD設備、PECVD設備、管式氧化退火爐、管式擴散爐等，設備交付時間為2023年6月30日。

捷佳偉創(chuàng)的PE-Poly技術路線采用原位摻雜，生產時間僅為傳統(tǒng)LP路線的五分之一，同時完美實現了隧穿層、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技術路線設備已成功獲取頭部客戶訂單，進一步加快TOPCon電池的大規(guī)模產業(yè)化，奠定公司在TOPCon高效電池專用設備及技術領域的龍頭地位。

北方華創(chuàng)的PECVD設備應用于210毫米規(guī)格光伏電池的鍍膜工藝，可實現高精度控溫，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。該設備擁有自動上下料機構，維護便利，適合大規(guī)模量產，已得到客戶端廣泛應用。

異質結電池爆發(fā)的關鍵“支點”之一是PECVD設備。

在HJT生產工序中，非晶硅薄膜沉積是構造異質結結構的關鍵步驟。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)所需的制絨清洗設備、非晶硅沉積設備、透明導電薄膜設備和印刷設備四大類設備中，有兩大類（非晶硅沉積設備、透明導電薄膜設備）均需要用到薄膜沉積設備。

2025年HJT設備市場空間有望達602億元，其中PECVD設備為301億元，在設備投資中的占比高達50%。

此前，國內所采用的PECVD設備均為進口，美國應材、歐洲梅耶博格和日本真空等海外企業(yè)占據主導位置。

為此，我國企業(yè)長期致力于高端光伏設備的研發(fā)，逐步實現裝備自產，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中試線量產平均轉換效率已持續(xù)穩(wěn)定達到25%以上，2023年上半年，公司中標全球頭部光伏企業(yè)量產型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量產設備成功交付發(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領域，研制了應用于HJT電池的平板PECVD和平板PVD設備；理想萬里暉開發(fā)的量產型VHF-PECVD設備助力客戶獲得異質結電池轉換效率達26.30%。

2.3 WCVD：成膜質量好但材料成本高

HWCVD是利用分子在加熱的金屬絲上發(fā)生催化分解反應，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象，同時更容易產生更多的氫原子鈍化晶硅表面，膜層氫含量高，且對應的沉積速率也更高、成膜質量好，有助于提升光學性能、降低缺陷密度。

但是由于HWCVD工藝中的熱絲壽命較短需要經常更換，導致材料成本高。此外，更換過程中對于原有生產設備中的真空環(huán)境產生破壞，進而導致設備生產效率顯著降低，且設備可用時間受限。

目前，HWCVD在光伏電池中主要應用于三個領域，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/晶體硅異質結電池（無等離子體損傷、氣體利用率高）。

設備方面，捷佳偉創(chuàng)在HJT領域布局了整線解決方案、管式/板式PECVD、立式/臥式HWCVD、PAR設備。

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，具有較高的技術壁壘。

由于ALD技術表面化學反應具有自限性，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，較為常見的有高溫熱氧化法、等離子體氧化法和PEALD（ALD技術的一種）技術。

但由于高溫熱氧化法存在大尺寸硅片下容易受熱不均勻、成膜反應速度慢等問題；等離子體技術結合N2O生長的氧化硅厚度較厚，難以控制厚度，尚未實現在氧化硅隧穿層的產業(yè)化應用。

相較而言ALD技術更具優(yōu)勢。微導納米研發(fā)的ZR5000×2PEALD“二合一”（PECVD、PEALD）產品，創(chuàng)新性的將ALD技術應用于氧化硅層的制備，能夠連續(xù)完成TOPCon電池的背膜結構（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高效電池生產線上開展應用。

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。

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、電池封裝領域。

在傳輸層制備中，原子層沉積技術可以使電子傳輸層保持較好的均勻性和保型性，保證薄膜的電學性能；在電池封裝中可應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，微導納米與通威太陽能簽訂4.518億元的ALD鈍化設備。

公司ALD量產設備鍍膜速率已經突破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，微導納米光伏設備銷售102臺，同比增加76%；光伏設備實現營業(yè)收入5.0億元，同比增加 82%。

原標題：光伏薄膜沉積設備：市場規(guī)模將破百億，國產設備廠商開始發(fā)力