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鑄造單晶硅:發力鑄錠技術“鑫時代”

2019-03-20   

  3月8日,由江蘇省光伏產業協會主辦,蘇州市光伏產業協會協辦,阿特斯陽光電力集團有限公司、保利協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品研討會”在蘇州舉行。保利協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  協鑫鑄錠單晶硅片(鑫單晶)通過近幾年的技術研發和進步,已成為市場接受、有競爭力的產品,市場占有率正在快速提升。

  l  鑫單晶組件產品外觀完全消除晶花問題。

  l  鑫單晶PERC電池量產效率在相同產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)都低于同產線的直拉單晶產品。

  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間,有利于PERC電池效率優化。

  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  鑄錠單晶產品碳足跡更低,更綠色環保。

 

  以下為報告現場速記內容整理

  各位領導、專家、同仁:

  我今天報告的主題是鑄錠硅單晶研發工藝與產品創新。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,現在可以用同樣的技術去做單晶產品,這是一個層面的“新”;第二個層面是協鑫很早就開始了鑄錠單晶的研究與開發工作。實際上,七十年代市場上就已經有鑄錠單晶技術研發,到了2011年,市場有小量的鑄造單晶產品,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,現在是鑄錠單晶“新”的應用時代。

  下面我們來看一看協鑫鑄錠單晶的研發歷程。大家或許通過我的報告,可以體會到現在為什么是鑄錠單晶“新”的應用時代。2011年,整個光伏行業都在做或準備做鑄錠單晶,那可謂是鼎盛時期。協鑫、賽維、晶澳、昱輝等企業都推出第一代鑄錠單晶產品,組件產品也有應用,但是由于種種原因沒有大范圍推廣。盡管如此,協鑫依然沒有停止研發的腳步。2013年,協鑫開發出鑄錠單晶第二代,2017年又推出第三代鑄錠單晶,即“鑫單晶G3”。這一代產品很不錯,經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模化應用。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,協鑫研發團隊著力增加單晶比例,發力降低位錯,效率大幅提升。

 

 

  對客戶來說,最關心的是購買的硅片產品到底有著什么樣的市場和性價比優勢。一個很重要的信息,“鑫單晶G3”這款產品,要么是100%單晶,要么最多不會超過1%的其他晶粒。大家看看右下側這幅“鑫單晶G3”產品圖。 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。

  現在,將上述產品封裝成組件后,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”產品能達到位錯及少子壽命標準,充分保證了硅片的品質。

 

  我們可以看到下面三個客戶批量使用“鑫單晶G3”產品的結果。客戶A效率圖中有兩組數據,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。客戶B使用了SE電池工藝,效率達到21.95%,與同一條產線上用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數據,可以發現鑫單晶表現很好。

 

  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格的直拉單晶組件的功率差別能夠控制在5瓦以內。EL方面,雖然沒有單晶產品那么均勻一致,但已大大優于多晶的EL表現。

 

  鑫單晶硅片是自然的直方片,更適合于生產疊瓦組件,協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”到底有哪些優勢呢?我們可以總結為: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鑄錠單晶的產品在市場上應用,其中大都分布于海外。相關數據資料并不豐富,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品,近幾年已有幾百兆瓦的規模化應用。

 

  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,利于整個產業鏈對未來尺寸有準確的預期,不至于出現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,之后再將其發展為IEC標準。我們吁請行業企業盡快參與到硅片標準制定的過程中來。根據市場分析,2019年,硅片將轉為以158.75MM的規格為主。

  現在,客戶都在關心“鑫單晶G3”的產能問題。在這里,我可以肯定地告訴大家,2019年底前,協鑫的“鑫單晶G3”總產能至少要做到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。鑄錠技術的發展將進一步降低硅片成本,產品發展到適合異質結及TOPCon的N型單晶硅片。與鑄錠技術相關的設備、設施、產業鏈等工業基礎在中國很龐大,目前至少有三四千臺爐子,并且從業人數眾多。這些都是寶貴的市場資源。如何進一步使用這些資源,讓資源發揮更大的效用,需要我們大家一起努力,一起進步!

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