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行業資訊

鑄造單晶矽: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——鑄錠矽單晶》主旨報告。

  萬躍鵬博士觀點輯要

  l  協鑫鑄錠單晶矽片(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 場佔有率正在快速提升。

  l  鑫 單晶元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,差距小於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,功率差小於5Wp。

  l  鑄錠單晶PERC電池與組件的光衰( LID,LeTID)都 低於同產線的直拉單晶產品。

  l  鑄 錠單晶矽片的氧含量低於6ppma,顯著低於直拉單晶。

  l  鑄 錠單晶的電阻率範圍可以縮小至更窄區間,有利於PERC電池效率優化。

  l  鑄 錠單晶矽片電池相比有圓倒角電池,更有利於做疊瓦組件。

  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矽單晶研發工藝與產品創新。個人認為,光 伏市場正處於一個鑄錠技術“新”的應用時代,為什麼這麼說?這其中有兩層意思。

  鑄 錠技術過去基本上都用於多晶製造,鑄 錠是一種晶體生長技術,製 造出的晶體可以為多晶,也可以是單晶。為什麼說它進入“新”應用時代?其原因在於,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 以體會到現在為什麼是鑄錠單晶“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,元件產品也有應用,但 是由於種種原因沒有大範圍推廣。儘管如此,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 家要問為什麼第一代鑄錠單晶產品沒有在市場上大範圍推廣開來呢?這 個問題必須解釋清楚。在我看來,第 一個問題在元件的表面上有晶花,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,在過去幾年裡,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 關心的是購買的矽片產品到底有著什麼樣的市場和性價比優勢。一個很重要的資訊,“鑫單晶G3”這款產品,要麼是100%單晶,要麼最多不會超過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%矽 片面積的小晶粒色差,屬 於鑫單晶可以接受的。

  現在,將 上述產品封裝成元件後,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 於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 品能達到位元錯及少子壽命標準,充 分保證了矽片的品質。

 

  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效率圖中有兩組資料,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;另一組是矽片分選後,小 晶粒比例偏高的矽片被分選出去,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 用黑矽制絨技術來做“鑫單晶G3”,效率達到21.7%,封 裝成元件後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資料,可 以發現鑫單晶表現很好。

 

  通 過元件功率分佈圖我們可以看到,72片 鑫單晶元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 然沒有單晶產品那麼均勻一致,但已大大優於多晶的EL表現。

 

  鑫 單晶矽片是自然的直方片,更 適合於生產疊瓦組件,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 張圖裡我們可以看到元件外觀非常整齊,並且72片 元件的封裝功率可達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、更窄電阻率分佈、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,其中大都分佈於海外。相 關資料資料並不豐富,但 我們一直在積極尋找採集。目前,法 國電力一直應用鑄錠單晶元件產品,近 幾年已有幾百兆瓦的規模化應用。

 

  關於矽片尺寸,我 的看法是矽片尺寸做大是降低電池和元件製造成本的一個行業大趨勢。矽 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 是未來矽片尺寸定下幾個大家共同接受的尺寸,利 於整個產業鏈對未來尺寸有準確的預期,不 至於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矽片尺寸標準,之後再將其發展為IEC標準。我 們籲請行業企業儘快參與到矽片標準制定的過程中來。根據市場分析,2019年,矽片將轉為以158.75MM的規格為主。

  現在,客戶都在關心“鑫單晶G3”的產能問題。在這裡,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 過單晶提升矽片電性能,保 持鑄錠的低成本特性。鑄 錠技術的發展將進一步降低矽片成本,產 品發展到適合異質結及TOPCon的N型單晶矽片。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 前至少有三四千台爐子,並且從業人數眾多。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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