自主设计的CVD装置是保证品质的关键
薄膜硅电池单元的低成本和高品质化的关键之一，在于CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)工序。钟化主要使用自主设计的CVD装置。最初曾使用过装置厂商的产品。
在CVD工序，以气体(SiH4)状态供给硅系材料，由反应槽的化学反应，将非晶硅和多晶硅薄膜沉积到玻璃基板上。
采用自主设计的装置，能在保证高品质的同时，通过提高生产效率降低成本。
CVD装置的一次处理能在多张玻璃基板上形成薄膜硅，要反复连续进行这种处理。不但能缩短每次的处理时间，还可以延长维护等的周期，在尽量长的期间内连续处理，来提高生产效率。不过，连续处理是有极限的。
例如，因是由化学反应成膜，反应的生成物有时会残留在CVD装置内。连续处理的时间越长，这种可能性就越高。在装置内残留了生成物的状态下继续成膜的话，可能会影响品质和可靠性。
因此，持续一定次数的处理后，需要对装置内部进行清洗。清洗时间对生产没有贡献，要想提高生产效率，就要尽量扩大清洗间隔。
通过使用自主设计的、便于掌握特性的装置，能优化CVD的工序条件(Recipe)与装置的匹配性，从而可以延长清洗间隔。
发生故障时也容易迅速应对。由于熟悉工序条件，据称甫一出现故障迹象和成膜后的薄膜硅有故障征兆时，都能快速查明原因，尽快恢复正常处理。
有一个时期，曾盛行过由CVD等真空装置厂商主导，供给薄膜太阳能电池单元制造整套装置的“总承包”方法。但钟化认为，在薄膜硅型太阳能电池单元的量产中，总承包方法在生产管理方面存在极限。并强调，尤其是CVD工序，因装置内的状态并不是一直不变的，从提高包括维护在内的生产效率和可靠性的观点来看，利用自主设计的装置好处比较多。
异质结型的量产也采用该公司自主设计的同一款CVD装置。在单晶硅晶圆的两面成膜非晶硅薄膜(图3)。不但能利用之前的薄膜硅型制造装置，还可以进一步提高效率。
图3：在单晶硅上形成非晶硅薄膜
以54个电池单元构成电池板。图为“丰冈ECO Valley竹贯地场光伏电站”设置的电池板(摄影：日经BP社)
[pagebreak]异质结型非晶硅膜需要在维持输出功率的情况下要尽量地薄，要在数个6英寸(150mm)见方的晶圆全面均匀成膜。因掌握CVD装置的特性，能在满足效率、可靠性和稳定性要求的情况下实现。尽量减薄非晶硅的厚度是因为，厚度越厚，太阳光的透射率越低，转换效率会降低。
2015年秋开始供货由6英寸单晶硅晶圆制成的54个电池单元构成一张电池板的250W/张产品。转换效率为17.1%。丰冈市的百万光伏电站采用的是之前供货的245W/张的产品。
目前的主流产品是60单元电池板，之所以采用54单元的设计，是因为设想以屋顶设置为主要用途。
输出功率方面，通过改善目前的量产技术等，已经有眉目将转换效率提高至19.1%，输出功率提高至280W。
之后，作为进一步提高效率的方法，考虑采用把吸收太阳光的保护玻璃侧的电极移到背面背板侧的背接触方式等。由于电池单元的结构变得复杂等，预计技术成熟到量产还需要一定时间。
异质结型需要新的品质和可靠性知识
对钟化来说，异质结型量产开始也是采取改善品质和可靠性新措施的契机。因为与之前的薄膜硅型不同，单晶硅、焊锡、铜电极等初次涉及的要素比较多(图4)。
图4：单元的电极以铜形成可以看出细电极(指状)为铜色。粗电极(母线)也利用铜形成，隐藏在组装电池板时形成的导线(银色)下方
(摄影：钟化太阳能技术)
例如，电池单元和电池板评测技术中，对这些新要素，开发了能在短时间内评测可靠性的技术。以电池单元的劣化为例，由于薄膜硅型与异质结型因结构不同，需要重新积累知识。
异质结型的量产运用了与比利时研究机构imec的共同开发成果，以及在新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的项目中开发的成果。
imec的研发基地设在天主教鲁汶大学内，是全球闻名的顶级半导体研发机构。在电子技术领域已经扩大到整个社会环境和人体的情况下，imec最近把研发对象扩大到了这些领域。
钟化与imec的共同研究中，2009年在imec内设立了“钟化太阳能电池研究室”，不但密切了与imec的太阳能电池研究人员之间的技术交流，还利用imec的结晶硅型太阳能电池研究设备，研究了包含异质结型在内的尖端太阳能电池单元。
异质结型的开发是融合imec的结晶硅技术和铜电镀技术以及钟化的薄膜硅技术实现的。作为这种开发的成果，2015年10月宣布，采用5英寸(125mm)见方晶圆的电池单元实现了25.1%的转换效率。
丰冈的量产是购入n型单晶硅晶圆，在两面形成薄膜非晶硅后，形成电极。电池单元表面上的电极采用电镀形成的铜电极。
铜电极适用于量产品中属全球首次。由于与银等以往的材料相比，电阻值较低，因此能提高电池单元的发电效率。在成本方面也有优点。
电池单元表面在非晶硅上覆盖了保护层。关于在上面均匀镀铜的技术等，钟化拥有丰富的经验，申请了很多专利。量产技术的提高是今后提高输出功率的关键之一。(未完待续)
