準(zhǔn)單晶硅技術(shù)

1、在光伏行業(yè)迅速發(fā)展的今天，用于制造太陽(yáng)能電池的晶體硅主要是采用直拉法的單晶硅及采用鑄錠技術(shù)的多晶硅。多晶硅鑄錠，投料量大、操作簡(jiǎn)單、工藝成本低，但電池轉(zhuǎn)換效率低、壽命短；直拉單晶硅轉(zhuǎn)換效率高，但單次投料少，操作復(fù)雜，成本高。因此，怎樣將兩者合二為一、揚(yáng)長(zhǎng)避短，就成了國(guó)內(nèi)外光伏企業(yè)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在這種背景下，介于多晶硅和單晶硅之間的準(zhǔn)單晶逐漸進(jìn)入了人們的視野。 準(zhǔn)單晶的概念：準(zhǔn)單晶（Mono Like ）是基于多晶鑄錠的工藝，在長(zhǎng)晶時(shí)通過(guò)部分使用單晶籽晶，獲得外觀和電性能均類(lèi)似單晶的多晶硅片。這種通過(guò)鑄錠的方式形成單晶硅的技術(shù)，其功耗只比普通多晶硅多5%，所生產(chǎn)的單晶硅的質(zhì)量接近直拉單晶

2、硅。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這種技術(shù)就是用多晶硅的成本，生產(chǎn)單晶硅的技術(shù)。 準(zhǔn)單晶的生產(chǎn)工藝準(zhǔn)單晶主要有兩種鑄錠技術(shù)： （1）無(wú)籽晶鑄錠。無(wú)籽晶引導(dǎo)鑄錠工藝對(duì)晶核初期成長(zhǎng)控制過(guò)程要求很高。一種方法是使用底部開(kāi)槽的坩堝。這種方式的要點(diǎn)是精密控制定向凝固時(shí)的溫度梯度和晶體生長(zhǎng)速度來(lái)提高多晶晶粒的尺寸大小，槽的尺寸以及冷卻速度決定了晶粒的尺寸，凹槽有助于增大晶粒。因?yàn)樾枰刂频膮?shù)太多，無(wú)籽晶鑄錠工藝顯得尤為困難。 （2）有籽晶鑄錠。當(dāng)下量產(chǎn)的準(zhǔn)單晶技術(shù)大部分為有籽晶鑄錠。這種技術(shù)先把籽晶、硅料摻雜元素放置在坩堝中，籽晶一般位于坩堝底部，再加熱融化硅料，并保持籽晶不被完全融掉，最后控制降溫，調(diào)節(jié)固液相的溫度梯度，

3、確保單晶從籽晶位置開(kāi)始生長(zhǎng)。 準(zhǔn)單晶產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì) 1.轉(zhuǎn)換效率高于普通多晶，接近直拉單晶電池片。 2.與普通多晶電池片相比LID基本無(wú)變化，性能穩(wěn)定。 3.比起普通多晶，組件功率提升明顯，單位成本降低。 4.可封裝250瓦（60片排布），或300瓦（72片排布）的大組件。 5.適用于對(duì)安裝面積有限制要求的特殊場(chǎng)合。國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)研究準(zhǔn)單晶概況 晶龍集團(tuán) 2011年3月28日，晶龍集團(tuán)宣布其旗下的東海晶澳太陽(yáng)能科技有限公司生產(chǎn)的“準(zhǔn)單晶鑄錠量產(chǎn)一號(hào)錠”順利下線，這標(biāo)志著晶龍集團(tuán)不僅成功研發(fā)出世界領(lǐng)先的準(zhǔn)單晶鑄錠技術(shù)，也率先實(shí)現(xiàn)了該創(chuàng)新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。據(jù)了解，投資1.5億元的試量產(chǎn)一期項(xiàng)目已經(jīng)有12臺(tái)準(zhǔn)

4、單晶鑄錠爐投產(chǎn)，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)65MW準(zhǔn)單晶硅錠，年銷(xiāo)售收入3億元。同時(shí)，投資4億元的二期200MW準(zhǔn)單晶硅鑄錠項(xiàng)目也正在實(shí)施中，2011年底達(dá)產(chǎn)后還將增加32臺(tái)準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)年銷(xiāo)售收入10億元。早在2009年，晶龍集團(tuán)就一次性投入3000萬(wàn)元作為準(zhǔn)單晶專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)經(jīng)費(fèi)。 晶澳太陽(yáng)能 2011年6月8日，晶澳公司在德國(guó)Intersolar展會(huì)上宣布其所研發(fā)的高效多晶電池“晶楓（Maple）”正式啟動(dòng)規(guī)模性量產(chǎn)。量產(chǎn)后的轉(zhuǎn)換效率平均可達(dá)17.5%，最高可達(dá)到18.2%。該產(chǎn)品應(yīng)用了由晶澳自主研發(fā)的“超大晶粒準(zhǔn)單晶硅鑄錠”技術(shù)，其顯著的特點(diǎn)是低成本，高效率。從品質(zhì)上比較，直拉單晶轉(zhuǎn)換率可達(dá)

5、18%，多晶硅一般在16%-17%左右，而采用準(zhǔn)單晶鑄錠技術(shù)生產(chǎn)的“晶楓（Maple）”產(chǎn)品最高的轉(zhuǎn)換率可以與單晶硅媲美，高達(dá)18.2%；而在成本上，“晶楓（Maple）”與多晶硅鑄錠工藝相當(dāng)。 保利協(xié)鑫 近期，中國(guó)最大的硅片企業(yè)保利協(xié)鑫也已經(jīng)試用準(zhǔn)單晶技術(shù)成功，預(yù)計(jì)待其準(zhǔn)單晶技術(shù)成熟后將大規(guī)模推廣。 昱輝陽(yáng)光 昱輝陽(yáng)光于2011年1月14日?qǐng)?bào)道：公司近日宣布已成功研發(fā)出一種名叫“Virtus Wafer”的新型多晶硅硅片，該產(chǎn)品能夠提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率至17.5%，較行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高出1%。硅片光致衰減率在0.1%左右，比單晶硅4%的衰減率低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。在弱光性（與總發(fā)電量相關(guān)）方面，Virt

6、us硅片與普通多晶、單晶沒(méi)有明顯差異。較之市場(chǎng)上常規(guī)的準(zhǔn)單晶，Virtus硅片既有相同的地方也有創(chuàng)新之處，為此在技術(shù)創(chuàng)新方面，昱輝陽(yáng)光申請(qǐng)了6項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)。無(wú)錫尚品 2011年7月8日，無(wú)錫尚品太陽(yáng)能宣布其準(zhǔn)單晶生產(chǎn)工藝試驗(yàn)成功，其轉(zhuǎn)換效率在18%以上，利用率超過(guò)65%。 鳳凰光伏 2011年6月18日，在上海舉行的"2011年準(zhǔn)單晶技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)暨鳳凰光伏新品發(fā)布會(huì)"上，鳳凰光伏正式發(fā)布了其準(zhǔn)單晶產(chǎn)品。鳳凰光伏相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，公司歷經(jīng)半年時(shí)間自行研發(fā)、實(shí)驗(yàn)、小批量生產(chǎn)測(cè)試，通過(guò)對(duì)GT鑄錠爐改造實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)單晶的量產(chǎn)能力，并有效解決了等溫曲線精確控制問(wèn)題、0.5CM厚度超大尺

7、寸無(wú)損傷籽晶制備技術(shù)和超低成本應(yīng)用問(wèn)題、位錯(cuò)等影響產(chǎn)品品質(zhì)問(wèn)題、電池制造工藝匹配問(wèn)題，從而為客戶提供專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用意見(jiàn)和系統(tǒng)解決方案。 準(zhǔn)單晶技術(shù)尚存在的問(wèn)題 隨著準(zhǔn)單晶逐漸走進(jìn)人們的視野，越來(lái)越多的企業(yè)加入到研發(fā)準(zhǔn)單晶技術(shù)的隊(duì)伍中去。但準(zhǔn)單晶技術(shù)仍存在諸多瓶頸，多數(shù)企業(yè)只能進(jìn)行小規(guī)模實(shí)驗(yàn)。有些企業(yè)雖可以生產(chǎn)出準(zhǔn)單晶，但控制工藝復(fù)雜，成本居高不下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。總之，研發(fā)技術(shù)與量產(chǎn)問(wèn)題是準(zhǔn)單晶領(lǐng)域面臨的主要問(wèn)題。1技術(shù)研發(fā)要點(diǎn) 第一，溫度梯度改進(jìn)。針對(duì)熱場(chǎng)研發(fā)以改良溫度梯度，同時(shí)還要注意熱場(chǎng)保護(hù)；第二，晶種制備。研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)單晶晶種制備方向?qū)⒊蟪〉姆较虬l(fā)展；第三，精確熔化控制。這一環(huán)

8、節(jié)非常難以控制，它決定準(zhǔn)單晶是否能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，因此需要一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的精準(zhǔn)熔化控制設(shè)備。第四，位錯(cuò)密度。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，效率衰減總是不可避免，為此把位錯(cuò)密度控制到最低，是此項(xiàng)工藝的關(guān)鍵；第五，邊角多晶控制，即合理有效控制邊角多晶的比例；第六，鑄錠良率提升。目前良率大約在40%60%之間，還有待提高。2量產(chǎn)決定性因素 首先是可行的工藝路線。如果開(kāi)發(fā)出的準(zhǔn)單晶沒(méi)有可行的工藝路線，準(zhǔn)單晶產(chǎn)品將只能處于實(shí)驗(yàn)室階段；其次是穩(wěn)定的控制方法；第三，精準(zhǔn)熔化控制設(shè)備；第四，低廉的改造成本及生產(chǎn)成本，即在原有鑄錠爐的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，從而降低成本。至于準(zhǔn)單晶電池工藝本身來(lái)說(shuō)，主要還是借鑒目前單晶、多晶電池的成熟工藝，評(píng)估大規(guī)模量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行性，其本身應(yīng)該不存在太多門(mén)檻。據(jù)Solarbuzz預(yù)計(jì)，用于晶硅和薄膜電池制造的光伏設(shè)備資金支出預(yù)計(jì)在2012年將降至76億美金，相較于2011年預(yù)期創(chuàng)紀(jì)錄的142億美金降幅達(dá)47%。這種預(yù)期對(duì)光伏設(shè)備廠商2011年下半年的營(yíng)收和2012年的業(yè)績(jī)預(yù)測(cè)無(wú)疑當(dāng)頭一棒。但上游產(chǎn)品組合完備和市場(chǎng)份額高的晶硅設(shè)備廠商（如GTSolar、MeyerBurger、應(yīng)用材料、精功科技）能免受設(shè)備訂單下滑的沖擊。光伏設(shè)備制造商們?cè)谖磥?lái)將面臨巨大的壓力。在此情況下，多方面