鑄造單晶硅：發(fā)力鑄錠技術(shù)“鑫時代”
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(tuán)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(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品研討會”在蘇州舉行。保利協(xié)鑫首席技術(shù)官萬躍鵬博士作《鑄錠技術(shù)的新應(yīng)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(shù)研發(fā)和進(jìn)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(lǐng)導(dǎo)、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(rèn)為，光伏市場正處于一個鑄錠技術(shù)“新”的應(yīng)用時代，為什么這么說？這其中有兩層意思。
鑄錠技術(shù)過去基本上都用于多晶制造，鑄錠是一種晶體生長技術(shù)，制造出的晶體可以為多晶，也可以是單晶。為什么說它進(jìn)入“新”應(yīng)用時代？其原因在于，現(xiàn)在可以用同樣的技術(shù)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(shù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用時代。2011年，整個光伏行業(yè)都在做或準(zhǔn)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(yīng)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)模化應(yīng)用。所以我認(rèn)為，鑄錠單晶“新”的應(yīng)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(dǎo)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(dāng)時影響市場化應(yīng)用的主要瓶頸。然而，在過去幾年里，協(xié)鑫研發(fā)團(tuán)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(guān)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(shù)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(dá)到位錯及少子壽命標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)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(dá)到21.8%，低效拖尾沒有?？蛻鬊使用了SE電池工藝，效率達(dá)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(shù)來做“鑫單晶G3”，效率達(dá)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(shù)道路。我認(rèn)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(dá)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(yīng)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(yīng)用，其中大都分布于海外。相關(guān)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(yīng)用鑄錠單晶組件產(chǎn)品，近幾年已有幾百兆瓦的規(guī)?；瘧?yīng)用。
關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確的預(yù)期，不至于出現(xiàn)太多細(xì)小差別的尺寸。我們正通過光伏專委會的標(biāo)委會平臺牽頭制定硅片尺寸標(biāo)準(zhǔn)，之后再將其發(fā)展為IEC標(biāo)準(zhǔn)。我們吁請行業(yè)企業(yè)盡快參與到硅片標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(shù)和直拉技術(shù)的競爭，鑄錠技術(shù)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(shù)的發(fā)展將進(jìn)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(shù)相關(guān)的設(shè)備、設(shè)施、產(chǎn)業(yè)鏈等工業(yè)基礎(chǔ)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(jìn)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(jìn)步！
