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2017年金刚线切割多晶硅片制绒技术与应用真实进展

2017-08-28

降本提效是光伏从业者孜孜不倦的追求。在硅片端,金刚线切片技术已展现出很大的优势。单晶硅片凭借金刚线切割技术的大规模应用,制造成本大幅降低,多晶市场由此受到挤压,使得多晶硅片降本压力进一步增大。

然而,多晶硅片在使用金刚线切割时,经过常规制绒工艺后,表面反射率更高并有明显的线痕等外观缺陷,严重降低电池效率,阻碍了金刚线切多晶硅片的大规模推广。因此,目前金刚线用于多晶硅片切割的主要障碍在于电池制绒工艺的匹配。

在此背景下,黑硅技术又焕发了新的活力。黑硅技术在常规的酸制绒后,又增加一道表面制绒工艺,从而解决了金刚线切多晶硅片的反射率过高问题。由于表面反射率的降低,硅片光吸收能力提升,还能附带一定电池效率的提升。因此,金刚线切搭配黑硅技术的工艺,既能降低硅片成本又能提升电池效率,是多晶电池继续进步的必由之路

目前,金刚线切割多晶硅片制绒主要技术路线包括黑硅技术和添加剂直接制绒技术,其中黑硅技术包括干法黑硅和湿法黑硅两种。不同技术路线对比如下表所示。

微信图片黑硅.png

——干法黑硅技术及最新进展

干法黑硅技术工艺稳定成熟,绒面结构均匀,效率提升最高,但需要新增成本较高的设备和工序。受限于设备的高资本支出,干法黑硅目前主要在部分一线电池厂家实现量产,如晶澳、晶科、协鑫集成、中节能等,仍有继续发展的市场空间。

晶澳是全球首家大规模量产干法黑硅技术电池的企业。晶澳高效多晶黑硅组件RIECIUM,电池平均转换效率达19%,60片黑硅电池组件功率集中在270W以上;晶科能源于 2016 年一季度推出了干法金刚线切黑硅产品——多晶 Eagle Black 系列组件,黑硅电池平均效率达19.2%,60片和72片电池组件最大输出功率分别达280W和 330W;2016 年 11 月,中节能太阳能镇江公司宣布,其采用 PERC+RIE 黑硅技术的高效多晶电池实现量产,平均转换效率突破 20%大关,多晶组件功率超过 285W。

2017年4月,干法黑硅设备制造商比太科技发布第四代RIE干法黑硅量产设备Tysol-4000。该设备产能可达4000片/小时,量产CoO成本0.10元/片左右,设备稼动率达到98%,电池量产效率平均可提高0.6%以上。据悉,比太科技干法黑硅设备出货量已超过1GW。

2017年8月,协鑫集成自主研发的干法黑硅多晶PERC电池平均量产效率超过20.3%,最高效率达到20.8%。协鑫集成今年将朝着量产平均效率突破20.5%、最高效率20.8%-21%的更高目标挺进,不断突破、挑战极限。


——湿法黑硅技术及最新进展

相比干法黑硅技术,湿法黑硅技术新增成本支出相对较小,可实现0.3-0.5%的效率提升。但该工艺采用槽式技术,与现有链式技术兼容性差,而且需要面临含银废酸的处理和地方政府环保管控问题。湿法黑硅技术的代表企业有阿特斯、保利协鑫、比亚迪、苏美达等。

阿特斯早在2009年开始湿法黑硅技术项目调研立项, 2014年成功将该技术推广到生产线,在世界上首次实现湿法黑硅技术的产业化。目前,阿特斯量产黑硅电池平均效率超过19%,较常规多晶电池效率提升0.45%,黑硅组件输出功率提升4W。2017年底,阿特斯将具备4GW湿法黑硅产能。

2016 年 7 月,苏美达能源控股有限公司宣布,与江苏中宇光伏科技有限公司共同出资设立合资企业徐州中辉光伏科技有限公司,携手发展湿法黑硅技术。2017年,苏美达辉伦自主研发的黑硅电池片新工艺——《一种多晶硅表面倒金字塔结构及其制备方法》获得了发明专利,该多晶硅倒金字塔陷光结构可降低表面复合,使得太阳电池具备更高效率。此外,苏美达辉伦(Phono Solar)计划于年内推出基于“黑硅+MWT”的复合高性能光伏组件。

2017年2月,协鑫集成多晶湿法黑硅PERC电池开始量产,湿法黑硅PERC电池平均效率已达到20%,单片最高效率达到20.5%。在黑硅技术产业化路线选择上,协鑫集成执行多头并进的电池及组件产品路线,2017年将有1.2GW黑硅电池全面投产。

2017年3月,中节能太阳能与德国RCT光伏科技公司就湿法黑硅技术签署合作开发协议。双方就共同在RCT设备上开发湿法黑硅产业化工艺达成合作,通过合作能够较快的推进产业化进程,进一步实现降本增效。

除了电池片企业外,硅片企业为了加速推进金刚线切多晶的推广应用,也积极布局并导入黑硅技术。保利协鑫于2016年11月发布了TS 系列湿法黑硅片。该黑硅片表面均匀,拥有“完美”的电池外观,在电池端可实现0.3%-0.4%左右的效率增益。保利协鑫表示,其愿意与下游电池客户无偿分享该技术方案。截至2017年7月底,保利协鑫已销售黑硅片超过1300万片,2017年底其扬州2GW黑硅基地将按计划投产。


——添加剂直接制绒技术及最新进展

相比黑硅技术,添加剂直接制绒技术的最大优势是工艺简单,几乎不需额外成本支出,但该技术会产生外观晶花问题,且制绒后反射率依然较高,电池效率没有提升,甚至会产生效率损失,因此技术工艺有待进一步的提升。由于添加剂直接制绒技术易于实现大规模量产,搭配金刚线切多晶硅片可降低生产成本,有利于推动金刚线切割多晶硅片的应用。因此该方法在2017年得到大规模应用。

可以看出,以上三种方案各有优缺点,具体的选择还需要市场进一步的验证。从目前行业进展来看,各种方法仍处于共同发展阶段。亚化咨询认为,湿法黑硅技术用相对较低的投入成本,可较好的解决金刚线多晶绒面难题,能有效提升电池效率及组件输出功率,使得湿法黑硅技术具有较大的市场潜力。随着湿法技术工艺及设备的不断改进,该技术有望在2018年实现快速发展。

亚化咨询认为,黑硅技术的不断进步与完善,将为金刚线切割多晶硅片的导入和成本的下降打下坚实的基础。在单晶市占不断提升的情况下,应用金刚线切多晶硅片搭配黑硅技术是提升多晶产品竞争力的必由之路。未来,黑硅技术有望成为高效多晶量产的主流工艺路线。

由贺利氏光伏黄金赞助的第二届金刚线切割与黑硅技术论坛将于2017年9月18-19日在江苏常州召开。来自保利协鑫、阿特斯、晶科、晶澳、协鑫集成、贺利氏、苏美达、荣德、中利腾晖、中节能、RCT Solutions、深圳首骋、苏州捷得宝/微钻石线材、无锡宝德金、1366、匡宇科技、中科院微电子所等的专家将做大会报告,探讨金刚线切多晶及黑硅技术产业化进展。