鑄造單晶硅:發(fā)力鑄錠技術“鑫時代”

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2019-03-20    

  3月8日,由江蘇省光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會主辦,蘇州市光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會協(xié)辦,阿特斯陽光電力集團有限公司、保利協(xié)鑫能源控股有限公司承辦的“2019高效多晶及光伏先進技術和產(chǎn)品研討會”在蘇州舉行。保利協(xié)鑫首席技術官萬躍鵬博士作《鑄錠技術的新應用時代——鑄錠硅單晶》主旨報告。

  萬躍鵬博士觀點輯要

  l  協(xié)鑫鑄錠單晶硅片(鑫單晶)通過近幾年的技術研發(fā)和進步,已成為市場接受、有競爭力的產(chǎn)品,市場占有率正在快速提升。

  l  鑫單晶組件產(chǎn)品外觀完全消除晶花問題。

  l  鑫單晶PERC電池量產(chǎn)效率在相同產(chǎn)線上與直拉單晶相比,差距小于0.3%絕對效率。

  l  鑫單晶PERC電池組件在72片全檔位型號上與直拉單晶組件相比,功率差小于5Wp。

  l  鑄錠單晶PERC電池與組件的光衰( LID,LeTID)都低于同產(chǎn)線的直拉單晶產(chǎn)品。

  l  鑄錠單晶硅片的氧含量低于6ppma,顯著低于直拉單晶。

  l  鑄錠單晶的電阻率范圍可以縮小至更窄區(qū)間,有利于PERC電池效率優(yōu)化。

  l  鑄錠單晶硅片電池相比有圓倒角電池,更有利于做疊瓦組件。

  l  鑄錠單晶產(chǎn)品碳足跡更低,更綠色環(huán)保。

 

  以下為報告現(xiàn)場速記內(nèi)容整理

  各位領導、專家、同仁:

  我今天報告的主題是鑄錠硅單晶研發(fā)工藝與產(chǎn)品創(chuàng)新。個人認為,光伏市場正處于一個鑄錠技術“新”的應用時代,為什么這么說?這其中有兩層意思。

  鑄錠技術過去基本上都用于多晶制造,鑄錠是一種晶體生長技術,制造出的晶體可以為多晶,也可以是單晶。為什么說它進入“新”應用時代?其原因在于,現(xiàn)在可以用同樣的技術去做單晶產(chǎn)品,這是一個層面的“新”;第二個層面是協(xié)鑫很早就開始了鑄錠單晶的研究與開發(fā)工作。實際上,七十年代市場上就已經(jīng)有鑄錠單晶技術研發(fā),到了2011年,市場有小量的鑄造單晶產(chǎn)品,但這次市場化應用僅一年左右,就被高效多晶取代了。所以說,現(xiàn)在是鑄錠單晶“新”的應用時代。

  下面我們來看一看協(xié)鑫鑄錠單晶的研發(fā)歷程。大家或許通過我的報告,可以體會到現(xiàn)在為什么是鑄錠單晶“新”的應用時代。2011年,整個光伏行業(yè)都在做或準備做鑄錠單晶,那可謂是鼎盛時期。協(xié)鑫、賽維、晶澳、昱輝等企業(yè)都推出第一代鑄錠單晶產(chǎn)品,組件產(chǎn)品也有應用,但是由于種種原因沒有大范圍推廣。盡管如此,協(xié)鑫依然沒有停止研發(fā)的腳步。2013年,協(xié)鑫開發(fā)出鑄錠單晶第二代,2017年又推出第三代鑄錠單晶,即“鑫單晶G3”。這一代產(chǎn)品很不錯,經(jīng)過一年多的降本提效,市場逐步接受。到2018年底,幾家主要客戶開始規(guī)?;瘧?。所以我認為,鑄錠單晶“新”的應用時代真正到來了,而且市場份額會提升得非常迅速。

 

  大家要問為什么第一代鑄錠單晶產(chǎn)品沒有在市場上大范圍推廣開來呢?這個問題必須解釋清楚。在我看來,第一個問題在組件的表面上有晶花,導致外觀上有一點點色差,這是主要問題,繼而影響市場接受;第二個就是效率拖尾問題。包括這兩個在內(nèi)的問題,成為當時影響市場化應用的主要瓶頸。然而,在過去幾年里,協(xié)鑫研發(fā)團隊著力增加單晶比例,發(fā)力降低位錯,效率大幅提升。

 

 

  對客戶來說,最關心的是購買的硅片產(chǎn)品到底有著什么樣的市場和性價比優(yōu)勢。一個很重要的信息,“鑫單晶G3”這款產(chǎn)品,要么是100%單晶,要么最多不會超過1%的其他晶粒。大家看看右下側(cè)這幅“鑫單晶G3”產(chǎn)品圖。 這是一張放大的照片,其不到1%硅片面積的小晶粒色差,屬于鑫單晶可以接受的。

  現(xiàn)在,將上述產(chǎn)品封裝成組件后,只有貼近才能看到一些微小的晶花。以前存在的外觀問題,“鑫單晶G3”已徹底解決。

 

  效率拖尾的問題,由于鑄錠單晶技術的提升,低少子壽命的區(qū)域本身就大大降低,加上我們通過PL檢測位錯,保證“鑫單晶G3”產(chǎn)品能達到位錯及少子壽命標準,充分保證了硅片的品質(zhì)。

 

  我們可以看到下面三個客戶批量使用“鑫單晶G3”產(chǎn)品的結(jié)果??蛻鬉效率圖中有兩組數(shù)據(jù),一組是使用晶花選片之前的,平均效率達到21.7%,低效拖尾基本沒有;另一組是硅片分選后,小晶粒比例偏高的硅片被分選出去,平均效率達到21.8%,低效拖尾沒有??蛻鬊使用了SE電池工藝,效率達到21.95%,與同一條產(chǎn)線上用CZ單晶的效率相比僅低0.25%;客戶C則用黑硅制絨技術來做“鑫單晶G3”,效率達到21.7%,封裝成組件后與使用單晶堿制絨工藝的功率輸出一樣。

 

  “鑫單晶G3”的另外一個特點是氧含量低,僅為直拉單晶的一半,電池的光衰低。我們看一下LeTID數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)鑫單晶表現(xiàn)很好。

 

  通過組件功率分布圖我們可以看到,72片鑫單晶組件和同樣規(guī)格的直拉單晶組件的功率差別能夠控制在5瓦以內(nèi)。EL方面,雖然沒有單晶產(chǎn)品那么均勻一致,但已大大優(yōu)于多晶的EL表現(xiàn)。

 

  鑫單晶硅片是自然的直方片,更適合于生產(chǎn)疊瓦組件,協(xié)鑫集成正在探索走這條技術道路。我認為,這是一個很明智的選擇。這張圖里我們可以看到組件外觀非常整齊,并且72片組件的封裝功率可達405瓦。

 

  說到底,“鑫單晶G3”到底有哪些優(yōu)勢呢?我們可以總結(jié)為:更低光衰、更窄電阻率分布、方片無倒角、更低碳足跡、長晶階段的電耗更低,等等。

 

  在組件發(fā)電應用及可靠性方面,從2011年至今,大概已有1GW鑄錠單晶的產(chǎn)品在市場上應用,其中大都分布于海外。相關數(shù)據(jù)資料并不豐富,但我們一直在積極尋找采集。目前,法國電力一直應用鑄錠單晶組件產(chǎn)品,近幾年已有幾百兆瓦的規(guī)?;瘧?。

 

  關于硅片尺寸,我的看法是硅片尺寸做大是降低電池和組件制造成本的一個行業(yè)大趨勢。硅片尺寸有必要重新標準化,目的有兩個,一是減少目前不同電池組件廠在156.75到158.75毫米之間的許多不同的尺寸。二是未來硅片尺寸定下幾個大家共同接受的尺寸,利于整個產(chǎn)業(yè)鏈對未來尺寸有準確的預期,不至于出現(xiàn)太多細小差別的尺寸。我們正通過光伏專委會的標委會平臺牽頭制定硅片尺寸標準,之后再將其發(fā)展為IEC標準。我們吁請行業(yè)企業(yè)盡快參與到硅片標準制定的過程中來。根據(jù)市場分析,2019年,硅片將轉(zhuǎn)為以158.75MM的規(guī)格為主。

  現(xiàn)在,客戶都在關心“鑫單晶G3”的產(chǎn)能問題。在這里,我可以肯定地告訴大家,2019年底前,協(xié)鑫的“鑫單晶G3”總產(chǎn)能至少要做到8-10GW。

 

  媒體上喜歡渲染的單晶與多晶的競爭,實際上是鑄錠技術和直拉技術的競爭,鑄錠技術也可以通過做單晶產(chǎn)品來提升性價比,通過單晶提升硅片電性能,保持鑄錠的低成本特性。鑄錠技術的發(fā)展將進一步降低硅片成本,產(chǎn)品發(fā)展到適合異質(zhì)結(jié)及TOPCon的N型單晶硅片。與鑄錠技術相關的設備、設施、產(chǎn)業(yè)鏈等工業(yè)基礎在中國很龐大,目前至少有三四千臺爐子,并且從業(yè)人數(shù)眾多。這些都是寶貴的市場資源。如何進一步使用這些資源,讓資源發(fā)揮更大的效用,需要我們大家一起努力,一起進步!