为什么大量光伏企业成功布局泛半导体业务？
思瀚产业研究院    2026-07-08

1、第一性原理：PN 结为核心结构

太阳能电池发电的核心在于一个 PN 结，P 型硅（当前主流掺杂层）与 N 型硅（当前主流衬底类型）接触，界面附近因载流子扩散运动形成内建电场，也就是 PN 结。光生伏特效应就是被光子激发出的电子-空穴对在内建电场作用下分离，从而形成电势差，获得电压和电流。

半导体晶体管的运行核心在于两个 PN 结协同。以应用最广泛的 MOSFET 器件为例，由衬底、源极、漏极、栅极与绝缘层构成，在衬底上通过掺杂形成两个异型多子区域（分别成为源极和漏极），得到 PNP 或者 NPN 的构型，源漏之间为栅极。

以 NPN 构型的 NMOS 器件为例，当栅极未施加足够电压时，源漏之间没有连续导电通道，器件处于关断状态；当栅极电压高于阈值电压时，电场会在栅氧下方吸引电子，在 P 型衬底表面形成一条连接源极和漏极的反型沟道，电流即可从源极流向漏极，器件进入导通状态。

2、底层材料：上游硅产业链基本打通

光伏与半导体基本都是硅基器件，上游核心原材料——多晶硅，从制备工艺上来看大体相同。多晶硅的主流制备方法为改良西门子法，以工业硅为原料，经氯化生成三氯氢硅，再通过精馏提纯和氢还原沉积形成高纯多晶硅。

主要区别在于两个产业对硅料纯度的要求。光伏级多晶硅通常要求达到 5N-7N 纯度，即99.999%-99.99999%；而半导体级多晶硅要求达到 9N-12N 甚至更高纯度，且金属杂质总量必须控制在 ppb（十亿分之一）甚至 ppt（万亿分之一）级，因此半导体级多晶硅对各生产环节提出了更严格的要求，例如更严格的原料杂质控制、更精细的精馏提纯与更洁净的设备系统等。

值得注意的是，光伏产业过去 10 年的提效路线，也可以说是光伏泛半导体化的工艺升级之路。单晶硅晶圆是半导体衬底的唯一形态，因为多晶硅的晶界和晶向会导致杂质和缺陷的引入；早期 BSF 光伏电池以多晶硅为衬底，后续在 2017 年基于重大的单多晶技术迭代，单晶 PERC 电池成为主流，单晶硅衬底在光伏行业的应用一直延续至今。CZ 直拉法是制备单晶硅棒的主流工艺。高纯多晶硅在石英坩埚中熔化后，通过籽晶引晶、放肩、转肩、等径生长和收尾等步骤形成单晶硅棒。

从设备原理看，光伏单晶炉制造企业在大尺寸长晶、高温热场、自动化控制和连续稳定生产中积累的工程能力，适用于半导体拉晶设备的基础要求。从技术要求与设备材料的选择上，半导体单晶炉的设计追求超高洁净度、严格的氧碳含量、均匀的电阻率；热场系统当前以 28-32 英寸为主、用于产出 8/12 英寸硅片，而光伏开始使用36英寸坩埚以适配G12硅片拉晶；石英坩埚的二氧化硅纯度须达到≥99.9994%（5N4）以上。

光伏的泛半导体化也曾在氧含量要求上体现。2023 年左右，光伏主流技术路线切换到 N 型TOPCon，沿用之前的 P 型硅棒拉晶方式制作 N 型单晶硅棒，由于氧含量原因出现了同心圆现象，对电池片效率影响较大，彼时晶盛机电、连城数控等厂商提出在光伏单晶炉设计中引入超导磁场，这一方式就借鉴自半导体拉晶过程对氧含量的控制工艺。

最终形态的衬底，由单晶硅棒经过切割、研磨、倒角、清洗等加工工序制得，这类切、磨、抛的基础工序基本相似。

但两者加工目标和参数要求出现明显分化。光伏行业追求降本增效，一根硅棒出片数量越多越好，硅片厚度随着金刚线切割技术的提升而逐年下降；半导体行业追求平坦度和工艺稳定性，裸片厚度通常在大几百 um 量级，后端封装时才通过背面减薄获得最终合适的厚度。并且由于半导体硅片追求平坦度，切割后需要经过研磨、腐蚀、抛光/CMP 和超洁净清洗等环节，形成镜面级抛光片或外延片，抛光片表面粗糙度通常需达到数纳米甚至亚纳米级，颗粒控制也可细化至 0.09μm、0.12μm 等粒径门槛。

3、 工艺制程：高效光伏技术核心工艺源自半导体制程

光伏电池和半导体芯片的制造工艺基本都是围绕硅基材料的选择性掺杂、表面改性、界面钝化、图形化加工和金属接触展开，湿法、薄膜沉积、掺杂退火、金属化等工艺存在较高相似性。

湿法工艺：调控硅片表面状态，通过酸、碱、氧化剂和络合剂等液相化学反应，实现硅片清洗、氧化层去除、表面腐蚀和污染控制。光伏湿法偏向“形貌工程”，目标是制作金字塔绒面提高陷光效应。通常先通过碱液对单晶硅进行各向异性腐蚀，利用 Si(100)与 Si(111)晶面腐蚀速率差异形成微米级金字塔绒面，再通过酸洗去除氧化层和金属残留，并采用 HF-HNO₃混合酸进行各向同性微腐蚀，对尖锐金字塔尖端进行圆滑化处理。

半导体湿法侧重“表面清洗”，目的是减少污染残留、降低表面缺陷。RCA 清洗是应用最广泛的标准半导体清洗技术，分两步去除晶圆表面的颗粒、部分有机污染以及铁、铜、镍等金属离子污染。在光刻工艺后通常还会配合 SPM 清洗和 HF-last（稀氢氟酸末端处理），去除硅表面的自然氧化层，使晶圆表面进入更适合后续氧化、沉积或外延生长的状态。

薄膜沉积：决定硅片表面和界面的功能属性，是光伏电池与半导体器件共同依赖的关键制程，CVD、PVD、ALD 等真空沉积技术，是薄膜沉积常用设备工艺。光伏电池以 TOPCon 为例，隧穿氧化层、掺杂多晶硅层采用 CVD 制备，Al₂O₃钝化膜采用 ALD制备；半导体制程中，绝缘介质、硅膜、填充膜通常采用 CVD 制备，金属导体、金属阻挡层采用 PVD 制备，超薄保形膜、高 k 介质、高深孔薄膜等采用 ALD 制备。

光伏薄膜沉积关注沉积速率、产能、整片钝化均匀性和单位成本，追求电池效率和良率的提升；半导体薄膜沉积则更关注晶圆内/晶圆间膜厚均匀性、原子级厚度控制、低漏电、低缺陷和高保形覆盖，尤其在 FinFET、GAA、3D NAND 等三维结构中，沟槽和孔洞的高深宽比结构要求薄膜具备更强的台阶覆盖能力。

掺杂与退火：赋予硅材料电学功能的核心步骤，向硅材料中引入硼、磷、砷等杂质元素，改变局部区域的导电类型和载流子浓度，再通过退火实现杂质激活和晶格修复，从而获得所需的电学性能。传统光伏电池采用硼扩散、磷扩散等热扩散工艺，但随着 BC、TOPCon 等高效电池结构对局部掺杂和选择性接触的要求提升，离子注入等更精确的掺杂技术也开始被引入光伏制造；离子注入是半导体制造中最常用的掺杂工艺，通过将硼、磷、砷等杂质离子加速注入硅片指定区域，掺杂深度、剂量精度等均精准可控。

图形化：在硅片或薄膜表面“有选择地去除材料”或打开局部接触窗口，从而决定不同功能区域出现的位置。以电池结构较为接近 MOSFET 器件的 BC 电池为例，BC 电池正负电极均布置在背面，P 型区和 N 型区交错排列在硅片同侧，这样的结构与 MOSFET 中通过局部掺杂形成源极、漏极、阱区和沟道调控区域十分相似。但两者在图形尺度和精度要求上存在数量级差异。BC 电池背面 P/N 交错接触和电极导出结构的典型尺度为微米级，例如部分 IBC 结构中 BSF 区和发射极区宽度约为 100μm 和250μm；半导体则需要在纳米级尺度下完成多层图形转移和套刻对准，先进 EUV 光刻分辨率可达约 8nm，因此必须依赖光刻机、干法刻蚀机和高精度量测设备。