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合肥欣奕华 李朝阳:真空蒸镀设备与钙钛矿电池的机遇与挑战丨2023 TPIC

   日期:2023-08-22 14:30:02     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:32    评论:0    

2023年8月2日,由势银(TrendBank)主办、宁波电子行业协会、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中财基金协办、汕头市华鹰涂布设备有限公司总冠名的2023势银钙钛矿、异质结与TOPCON产业大会”在宁波中都开元名都大酒店隆重举行,此次会议主题为“光伏技术转型期的战略节奏”。

在本次大会上,合肥欣奕华智能机器股份有限公司  产品经理 李朝阳发表了题为《真空蒸镀设备与钙钛矿电池的机遇与挑战》的演讲。

李朝阳表示:合肥欣奕华拥有高精度、高稳定性点源和线源产品,同时为了配合产线长时间的量产运营,也设计了Revolve形式的点源,可实现长时间的连续稳定运行。其次,公司内部开发出高精度蒸发源模拟系统,可针对不同基板尺寸进行定制化模拟,蒸镀系统可靠性高,控制精度也是非常高,可实现长时间连续生产稳定化运营。

以下是演讲全文:

大家下午好!我是合肥欣奕华蒸镀产品经理,李朝阳。

在国家双碳背景下,光伏作为一种可循环利用的清洁能源备受市场关注。其中钙钛矿太阳能电池有着高的光电转化效率和成本低的优势,使其备受资本青睐。

目前钙钛矿电池分类有单结电池和叠层电池。单结目前有刚性和柔性,叠层有全钙钛矿、HJT+钙钛矿和TOPCon+钙钛矿等。效率方面,单结目前已达到26.1%的转化效率,晶硅+钙钛矿叠层目前能到33.7%的效率。转化效率纪录也是不断刷新,给钙钛矿市场带来信心。


下面讲一讲单结钙钛矿工艺,整个钙钛矿技术处于0—1的开发阶段,工艺路线尚未定形,涉及到很多核心装备,比如说Sputter,钙钛矿吸收层狭缝涂布和蒸发镀膜设备,针对钝化层SnO2,倾向于选择ALD/RPD设备,其中BCP、LiF,以及电极材料Ag、Cu也可以采用蒸镀设备来制作。目前,很多厂商都倾向于各种路线同时布局,很多的设备都会同时采购,比如说涂布设备或者是溅射设备和蒸镀设备。

晶硅+钙钛矿技术,现在很多企业倾向于选择异质结+钙钛矿的路线,由于底电池HJT表面有微米级绒毛,如果使用涂布的方式,膜厚均匀性是很难控制的,所以很多企业选择两步法工艺路线,先用蒸镀的方式沉积无机盐的钙钛矿骨架层,然后使用涂布方式沉积有机盐。可以说目前钙钛矿离不开真空蒸镀设备。合肥欣奕华从2015年布局蒸镀设备的开发,开始针对蒸镀机核心技术及关键装置攻关;2017年至今,是技术不断迭代和提升的阶段,实现稳定的量产出货。

下面是合肥欣奕华蒸镀相关产品介绍,主要有两大块:一是蒸镀关键装置;二是蒸镀设备。

蒸镀关键装置包含机械定位,我们目前可以做到150μm,光学对位目前是2μm以内。蒸发源方面,合肥欣奕华拥有高精度、高稳定性点源和线源产品,目前点源产品从5cc容量到1500cc,产品可覆盖客户不同场景需求。同时为了配合产线长时间的量产运营,我们也设计了Revolve形式的点源,它可以满足量产需求,实现长时间的持续稳定运行。针对线源,我们的产品可以对应从370mm到1250mm宽幅的基板蒸镀。

另外,针对钙钛矿电池蒸镀装备,电池组件客户对于基板尺寸的要求各不一样,定制化程度非常高。为了保证设计的装备满足客户规格的需求,我们公司内部开发了一款蒸发源模拟软件,针对蒸发性均匀性进行模拟,从而得到最优的设计参数,保证设计的产品满足技术规格要求。还有蒸镀机成膜控制精度也是非常高的,膜厚均匀性、速率稳定性、膜厚准确性及再现性的偏差可以控制到2%以内,为了实现高精度的控制,我们通过内部搭建控制系统,实现了连续生产长时间的稳定性。

针对钙钛矿蒸镀机产品,目前有用于研发的钙钛矿RD蒸镀机,还有用于的量产钙钛矿蒸镀机。目前RD设备可蒸镀基板尺寸300mm×300mm、400mm×300mm、500mm×500mm、650mm×450mm、1200mm×600mm,还可以根据不同的需求定制不同尺寸的设备。目前欣奕华已实现了1200mm×600mm中试量产线的交付,且已具备GW级蒸镀机蒸发源核心技术,最大可对应的基板尺寸为1.25m的宽幅。

合肥欣奕华从OLED显示行业过渡到钙钛矿行业,对比蒸镀技术规格来说,比如片内均匀性、膜厚再现性、速率稳定性等,OLED显示行业的规则要求高于钙钛矿行业,可能只看参数差异不明显,但为了提高1—2个百分点做出了很大的努力。合肥欣奕华从OLED行业转到钙钛矿行业,我们有能力和信心为客户提供高品质的蒸镀装备。

目前钙钛矿还处于研发阶段,大部分是处于实验室阶段,要实现商业化,需要解决大面积稳定成膜的工艺难题,目前主流技术是狭缝涂布和真空蒸镀。

这是干法真空蒸镀和湿法狭缝涂布的对比,狭缝涂布相对真空蒸镀成本稍低,材料利用率更高。不过真空蒸镀已具备大面积稳定成膜的技术,而且蒸镀是在高真空环境下进行的,均一性更好,成膜质量更高,工艺适合大规模量产。还有蒸镀也可以对应晶硅粗糙衬底制作叠层器件,沉积速度可精准控制,0.01Å/s—60Å/s。

狭缝涂布是在大气环境中成膜,会受到环境温度、气体和灰尘的影响,导致表面出现缺陷和膜厚均一性差等问题。其次涂布受限于模头制作难度,大尺寸量产存在一定技术难度。另外,在晶硅粗糙绒面衬底制程问题还要攻克,同时结晶工艺窗口相对较窄,给大面积结晶工艺带来了难度。最后,狭缝涂布存在有机溶剂的回收及环境污染的问题。真空蒸镀它的缺点目前最大的问题是成本较高,因为现在蒸镀很多的核心部件,比如,膜厚仪、真空泵和晶振探头都是依赖进口,比较昂贵。

在大面积成膜方面,合肥欣奕华有很多核心技术:首先是卤化物材料防腐蚀共蒸技术,钙钛矿吸收层的有机盐材料,具有较强的弥散性和腐蚀性,在蒸镀的时候容易腐蚀设备导致设备损坏。针对这块,我们做了独特的坩埚,选择特殊材质的部件,以及针对真空泵做特殊的保护,以确保卤化物材料腐蚀问题得到解决。

第二,无变性坩埚设计,因为要实现长时间的连续生产,可能要连续生产两三百个小时,蒸镀有一个现象,随着坩埚里面材料的消耗,蒸发温度不断升高,到一定的温度临界点会导致材料变性,我们通过特殊硬件设计可确保材料无变性风险。

三是近空间高材料利用率技术。OLED显示行业材料利用率很低,大约20%左右,针对钙钛矿行业,我们优化了线源结构和喷嘴设计,目前材料利用率达到50%以上。

最后是线源长时间稳定化蒸镀技术,目前我们开发了多款线源,从370mm到1250mm,通过精密的结构设计,可以确保整个生产过程中连续长时间的稳定化蒸镀。

下面介绍一下我们的主要蒸镀设备:G1蒸镀设备,这款设备应用于OLED行业进行材料验证和器件研发。基板尺寸是200mm×200mm,采用Cluster形式,中间是真空传输腔,工艺腔连接在传输腔周围,基板依靠真空机械手进行搬送。因为OLED器件蒸镀层数比较多,通过机械手可以更方便、更有效地去蒸镀需要的膜层。不过它也有缺点,这种设计材料的利用率比较低。再就是我们G2.5的设备,它更多应用于车灯、车显、PMOLED等小尺寸OLED的面板量产,可蒸镀尺寸370mm×470mm,目前有Cluster形式和Inline形式,对位精度正±3μm,稼动时间144h,Tact time 10min。

这是硅基蒸镀设备,应用于硅基OLED面板量产,可对应8寸和12寸Wafer蒸镀。这是Inline钙钛矿RD蒸镀设备机,我们可以做到300mm×300mm,500mm×500mm,650mm×450mm,可以蒸镀PbI、CsBr等钙钛矿吸收层材料、以及LiF、BCP、Ag、Cu等材料。设备优势就是具备Auto PID功能,保证蒸镀过程中速度的精确控制,蒸镀稳定,成膜均匀性高。可以配置点源也可以配置线源,满足客户多样化需求。具有高信赖性,可实现稳定生产。

这是1200mm×6000mm Inline钙钛矿蒸镀设备的中试量产蒸镀机,首次在钙钛矿行业应用线源进行蒸镀,实现高速率蒸镀,高稳定和成膜均匀性,节拍时间60s。

合肥欣奕华2013年成立,我们主要有高端装备、工业机器人和智慧工厂解决方案。合肥欣奕华成立十年以来,已在多个行业、多个领域取得了重大的技术突破。合肥欣奕华高端装备主要包括半导体设备、检测及修复设备、蒸镀设备和巨量转移设备。智慧工厂我们有工业信息系统、自动化解决方案、智能仓储解决方案等。

展望未来,合肥欣奕华会加大钙钛矿GW级蒸镀机的研发力度。首先是稼动时间的提升,通过蒸发源结构和工艺优化,稼动时间300小时以上,稼动率达到90%,材料利用率提升到70%。优化蒸镀机整机设计,将生产节拍提升至45s。同时关注成本降低,希望不断提升设备性能和降低设备成本,不断提高光伏企业投资汇报率。

合肥欣奕华致力于为客户打造智能制造工业生态系统,更将持续专注于蒸镀装备开发,为客户提供完美的蒸镀解决方案,同时也欢迎其他设备厂商与我们合作,共同打造钙钛矿电池整线解决方案。



来源:势银光链
注:本速记稿未经演讲嘉宾审核,仅供参考


 
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