金剛線切割技術(shù)優(yōu)勢巨大,替代傳統(tǒng)砂漿線。金剛線主要應(yīng)用于晶體硅和藍寶石等硬脆材料的切割,相較傳統(tǒng)的砂漿鋼線切割具有效率高(4-5倍切割速度)、損耗少出片率高(多出15-20%硅片)、環(huán)境污染。o有機液)、產(chǎn)品質(zhì)量高的優(yōu)勢。金剛線中電鍍金剛線又以單片耗線量低、線徑規(guī)格小、切割效率高的突出優(yōu)點受到市場廣泛青睞,優(yōu)于樹脂金剛石線
下面將詳細介紹三種制絨方式的具體情況,以及黑硅制絨方式與PERC技術(shù)、金剛線技術(shù)疊加達到1+1+1>3的優(yōu)勢之處。
兩種新型制絨技術(shù):添加劑制絨技術(shù)、黑硅技術(shù)
制絨添加劑技術(shù):性價比最高,電池效率小幅損失
金剛線切割而成的多晶硅片上使用添加劑直接制絨,無需額外的設(shè)備投入,生產(chǎn)改裝成本最小。制絨添加劑技術(shù)是指在傳統(tǒng)酸制絨方法的基礎(chǔ)上,引入添加劑,制備“蠕蟲狀”絨面。傳統(tǒng)工藝一般是通過添加硅酸鈉和IPA(異丙醇)來抑制反應(yīng)的進行,控制反應(yīng)速率,從而得到比較好的絨面狀態(tài)。最新工藝一般是通過在溶液中添加助劑以達到促進Si與OH-的接觸速率,從而穩(wěn)定溶液體系,延長溶液失效周期,穩(wěn)定工藝,拓寬工藝容差范圍。制絨添加劑含有特殊功能的表面活性劑,它的加入可以改善制絨液與硅片表面的潤濕性,且制絨添加劑對腐蝕液中OH-離子從腐蝕液向反應(yīng)界面的輸運過程具有緩沖作用,使得大批量腐蝕加工單晶硅金字塔絨面時,溶液中NaOH含量具有較寬的工藝范圍,有利于提高產(chǎn)品工藝加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。
制絨添加劑技術(shù)為目前主流,制絨后反射率可以達到較高水平,電池效率略有損失,損失比例約0.05%- 0.1%,整體影響不大。無錫尚德利用添加劑制絨金剛線切割多晶的電池轉(zhuǎn)化效率為18.65%,綜合相對較低的投入,有著良好的性價比。目前國內(nèi)制絨添加劑制絨占到了多晶制絨的70%,有極為廣泛的應(yīng)用。
黑硅技術(shù):解決絨面問題,電池效率提高
黑硅技術(shù)得名主要是源于其制作的電池硅片外觀呈黑色,其技術(shù)核心是通過刻蝕形成納米級小絨面達到“陷光”效果。一方面在常規(guī)硅片表面制絨的基礎(chǔ)上形成納米級的小絨面,納米錐型的小絨面長徑分別為400和450nm,長徑比為0.9,從而加大陷光的效果降低反射率,增加對光的吸收;另一方面,通過二次刻蝕來降低表面復(fù)合,從而將常規(guī)電池的轉(zhuǎn)換效率絕對值提高。
黑硅技術(shù)又包含兩種工藝,一是干法制絨的離子反應(yīng)法(RIE),俗稱“干法黑硅”;二是濕法制絨的金屬催化化學(xué)腐蝕法(MCCE),俗稱“濕法黑硅”。目前低改造成本的濕法黑硅制絨是主流。干法黑硅屬于單面制備,濕法為兩面制備;前者受設(shè)備參數(shù)影響較大,后者受硅片質(zhì)量及工藝條件影響較大。目前由于濕法黑硅制絨技術(shù)的投資成本低,企業(yè)資金負擔(dān)較輕,相比干法黑硅制絨,應(yīng)用更為普遍。
總體而言,黑硅技術(shù)解決了絨面問題,同時提高電池轉(zhuǎn)化效率,是增加多晶電池核心競爭力的有效方法,并且在實際量產(chǎn)應(yīng)用中取得亮眼表現(xiàn)。目前,英利集團量產(chǎn)黑硅多晶電池平均轉(zhuǎn)化效率達到19.21%,保利協(xié)鑫GCL濕法黑硅組件電池轉(zhuǎn)化效率達到19.15%,組件功率達到280W,無錫尚德量產(chǎn)濕法黑硅電池轉(zhuǎn)化效率達到19.02%,均在原有技術(shù)基礎(chǔ)上提高了至少0.3個百分點。預(yù)計2017年底,黑硅電池量產(chǎn)平均效率可以突破20.5%,2018年突破21%,綜合性價比的競爭優(yōu)勢遠超單晶,促進金剛線切割在多晶硅切片市場上的放量。
三種工藝對比
三種工藝在后續(xù)電池制作階段上流程都一樣,關(guān)鍵區(qū)別便是制絨部分的原理和操作上的區(qū)別。
干法黑硅增加成本最多、但是提高電池效率最高,具有環(huán)保的優(yōu)勢但設(shè)備投入昂貴;濕法黑硅小幅增加成本、提高電池效率效果次之,面臨排污問題;制絨添加劑幾乎不增加成本,電池轉(zhuǎn)換效率略有降低,但綜合性價比較高,目前多晶硅企業(yè)大多希望迅速采用金剛線切割以降低成本,因此成本與時間消耗均最低的制絨添加劑方法為主流。
綜合來看,制絨添加劑技術(shù)無電池效率提升,因此長期不具有競爭力,只是目前各廠商的過渡方法,其短期意義在于迅速推動金剛線切割在多晶的應(yīng)用。而黑硅技術(shù)對電池效率提升明顯,其長期意義在于提升多晶硅的產(chǎn)品競爭力,更具有發(fā)展前景。
PERC技術(shù):原單晶王牌,現(xiàn)多晶利器
PERC技術(shù)近年已經(jīng)在單晶電池實現(xiàn)量產(chǎn),大幅提高電池效率,幫助單晶取得性價比優(yōu)勢。PERC(鈍化發(fā)射區(qū)背面)技術(shù)通過在電池的背面添加一個電介質(zhì)鈍化層來提高電池的轉(zhuǎn)換效率。具體來說,該技術(shù)在常規(guī)電池的背表面制備SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx鈍化膜,將p-n結(jié)間的電勢差最大化,這就可以使電流更加穩(wěn)定,降低了電子的復(fù)合,從而提升電池效率。
在其它工藝制程不變的情況下,單晶硅PERC電池的平均轉(zhuǎn)換效率超過20%。國內(nèi)以南京中電電氣、常州天合、晶澳公司為代表的一流光伏組件企業(yè),已經(jīng)開始PERC高效電池的量產(chǎn)。中電電氣基于“863”項目,目前已經(jīng)形成35MW的P型單晶硅PERC電池生產(chǎn)線,采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開孔燒結(jié)、背面局部金屬化等先進工藝,創(chuàng)造了20.5%的P型單晶硅PERC電池最高轉(zhuǎn)換效率,量產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率也達到了20.3%。預(yù)計2018年P(guān)ERC電池將占晶硅太陽電池總產(chǎn)能的30%以上。
PERC技術(shù)逐步在多晶硅上得到應(yīng)用,提升多晶硅電池效率,與黑硅疊加大有前景。PERC在多晶電池上的作用原理與單晶電池相似,其對多晶硅電池轉(zhuǎn)化效率的提升幅度小于單晶硅電池,正常情況下可提升多晶硅電池轉(zhuǎn)化效率0.5%,單晶硅電池轉(zhuǎn)化效率1%。因為PERC技術(shù)本身對于單晶硅電池的效率提升幅度大于多晶硅,所以此前該技術(shù)在單晶電池上應(yīng)用更為廣泛。但目前出現(xiàn)的黑硅技術(shù)與PERC技術(shù)疊加后,對多晶硅電池效率提升達到了“1+1>2”的效果,目前該技術(shù)在多晶硅的應(yīng)用大幅推廣開來。
金剛線黑硅+PERC:行業(yè)大趨勢,多晶效率或比肩單晶
行業(yè)正加速推進多晶硅“金剛線切割+黑硅制絨+PERC”模式的應(yīng)用,以提高多晶電池產(chǎn)品的效率且大幅度降低成本。眾多企業(yè)的實踐表明,PERC、黑硅制絨技術(shù)、金剛線切割多晶硅片的結(jié)合可達到“1+1+1>3” 的效果,即三種技術(shù)互補,從成本、電流、電壓多處入手,聯(lián)合實現(xiàn)多晶硅電池轉(zhuǎn)化效率的更大幅度提升。而且,多晶效率的進步是在沒有增加成本的基礎(chǔ)上,金剛線切技術(shù)的大規(guī)模推廣基本抵消了黑硅和PERC技術(shù)增加的成本。根據(jù)測算,多晶黑硅PERC與單晶PERC電池轉(zhuǎn)換效率相差0.7%左右,但是成本卻相差近1元/片,多晶性價比優(yōu)勢明顯,反攻大潮迅速開啟。
“金剛線切割+PERC+黑硅”產(chǎn)品實際表現(xiàn)可以與單晶媲美,提高多晶競爭力的同時進一步促進金剛石線在多晶領(lǐng)域的推廣。國內(nèi)各大光伏電池廠商全力布局金剛線切割黑硅PERC多晶電池技術(shù)路線:協(xié)鑫集成于2016年底完成了多晶黑硅PERC基礎(chǔ)工藝產(chǎn)業(yè)化,量產(chǎn)電池轉(zhuǎn)換效率達到19.5%,2017年底預(yù)計可達20.5%,黑硅PERC雙面電池轉(zhuǎn)換效率預(yù)計可達20.3%;無錫尚德量產(chǎn)黑硅PERC電池轉(zhuǎn)換效率達19.55%,提升多晶電池效率約0.8%;保利協(xié)鑫黑硅PERC電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率達19.42%;英利集團黑硅PERC電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率達20.04%。電池性能足以比肩單晶。
這是多晶電池發(fā)展的巨大契機,也是金剛線潛在的巨大市場商機。目前部分多晶硅企業(yè)已經(jīng)開始改造生產(chǎn)線,預(yù)計2018年多晶硅廠商將基本完成金剛線替代工作。
作者:弓永峰 羅小虎 來源:中信證券電新
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