HJT异质结电池的产线布局和传统PERC电池有很大不同。薄膜沉积工序在低温下进行,非晶硅和微晶硅薄膜靠PECVD完成,掺杂层用RPD技术,整个过程对气体纯度和供气稳定性的要求非常苛刻。硅烷、氢气、掺杂特气和大宗氮气如果协同不好,电池转换效率的良率直接受影响。

硅烷是HJT产线用量最大的特气。非晶硅薄膜沉积时硅烷在等离子体中分解,硅原子沉积在透明导电膜表面形成本征薄层。硅烷属于自燃气体,泄漏后接触空气会自燃,供气系统必须做双重保护。硅烷钢瓶放在防爆气瓶柜中,柜内设排风、气体检测和火焰探测,管道采用316L EP级电解抛光管,焊接后做颗粒度和粗糙度检测。硅烷供应系统还要考虑尾气处理,未反应的硅烷不能直接排入大气。
氢气在HJT工艺里扮演两个角色。一是作为载气稀释硅烷,控制薄膜沉积速率和均匀性。二是在微晶硅沉积中提供氢原子钝化晶界。氢气用量比硅烷大得多,通常用氢气发生器或液氢储罐供应。氢气系统的最大风险是泄漏和回火,管道设阻火器和止回阀,气瓶柜和设备端都有流量监测和紧急切断。氢气和硅烷管道分开敷设,保持安全距离。
掺杂气体包括硼烷和磷烷,用量极小但毒性极高。硼烷掺杂形成P型层,磷烷形成N型层,通常以氮气或氢气稀释到百分之几的浓度供货。这些气体的钢瓶柜单独设置,和硅烷柜分开,尾气经湿式洗涤塔处理后排放。掺杂气体的管道管径很细,多为1/4英寸不锈钢管,流量用质量流量控制器精确控制,混气比例偏差直接影响方块电阻均匀性。
大宗氮气在HJT工厂承担保护气和吹扫气角色。PECVD腔体在换片和维护后需要用高纯氮气置换,把残留的硅烷和氢气排干净。氮气用液氮储罐集中供应,露点要求低于零下70摄氏度,因为微量水分在PECVD腔体中会和硅烷反应生成颗粒。末端加一级纯化器,把氧含量压到1ppm以下。和PERC产线不同,HJT的低温工艺对水分更敏感,氮气纯度等级要提高一档。
供气方案的设计要和产能匹配。一条GW级HJT产线的硅烷月用量以吨计,氢气以万立方米计,氮气以十万立方米计。气源端要设备用,硅烷双路钢瓶自动切换,氮气储罐配汽化器冗余。管道系统设独立阀门箱,每台PECVD设备前有紧急切断阀和流量调节,设备维护时可以单独关断不影响其他工位。
尾气处理是HJT供气方案中不可省略的一环。硅烷尾气在燃烧炉中高温氧化成二氧化硅粉末,经布袋除尘器收集后排放。氢气尾气在催化燃烧装置中转化为水。掺杂特气经洗涤塔吸收。三套尾气处理系统并联运行,正常工况下自动切换,故障时报警并联锁停气。尾气处理能力要按最大排气量的1.2倍设计。
从行业反馈看,HJT产线气体系统投资占工厂总投资的比例不低,但这块省不得。硅烷纯度波动0.1个百分点,可能导致整片电池片效率下降。氮气中水分超标会在PECVD腔体内形成颗粒,良率损失以片计。把特气和大宗气当成一个协同系统来设计,比单独采购每一路气体更能保证工艺稳定性。
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