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铸造单晶工艺距离大规模应用还有多远?

光伏原材料及辅料  来源:光伏們  作者:饶丽霞  2019/3/21 9:15:30  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:经过2010年左右的昙花一现,铸造单晶如今又卷土重来,且来势汹汹。

所谓铸造单晶就是采用铸锭炉,利用籽晶以定向凝固的方式进行晶体生长,产出铸锭单晶大锭,又称为准单晶或类单晶。而在当前主流的工艺制造中,铸造其实是传统的多晶制作方法。

“其实现在的单、多晶之争就是直拉技术和铸造技术的竞争,而铸造单晶则是巧妙地将铸造技术的低成本、低能耗、大尺寸优势和单晶的高效率、高质量优势结合到了一起。”浙江大学杨德仁院士认为铸造单晶吸取了铸造与单晶两方的优势而成。

经历近十年的积淀,这一次,卷土重来的铸造单晶技术是否经得起市场的考验?又将蚕食谁的市场?

卷土重来的铸造单晶

回顾铸造单晶的发展历史,就会发现这并不是一个全新的技术。据保利协鑫首席技术官万跃鹏博士介绍,早在2005-2008年,BP Solar铸造单晶(Mono2)示范电站应用,效率约17-18.0%,接近直拉单晶,但并没有规模化应用;到2010年左右,国内晶澳、昱辉、LDK、协鑫、天合等企业推出铸造单晶产品,但是到2013年左右,高效多晶产品兴起,铸造单晶已基本被工业界放弃。

在技术探索阶段,有的技术被推崇逐渐成为主流,有的方向被市场放弃也势必有其不合时宜的原因。

万跃鹏认为当年铸造单晶没有规模化应用的原因主要有四点,一是当时的产品碱制绒后有较大比例的晶花,组件外观成为市场接受的主要障碍;二是由于铸锭技术中位错问题没有解决,电池效率分布很广,有10-20%低效电池;三是全单晶比例偏低(<30%),出现大量2、3类片(大晶花,高位错);四是拼接缝在硅片上引起色差。

在日益追求产品效率的光伏行业,上述四点原因也注定了铸造单晶的夭折。如今的卷土重来也并不是一日之功。

实际上,主推多晶的保利协鑫一直将铸造单晶作为技术储备之一。随着单晶市占率的提高,多晶的主流地位已逐渐滑落,正是拥有大批铸锭炉的保利协鑫推出铸造单晶的好时机。

保利协鑫科技管理部总经理汪晨博士在第四届光伏发电设计、工程与设备选型研讨会上坦言,“传统多晶相对于单晶而言,竞争力已经偏弱”。他认为,铸造单晶是铸锭技术必须要走的方向。

用多晶的成本做单晶的效率?

如此高调的宣布铸造单晶的回归,协鑫这几年下了不少的功夫。全新的热场设计,分段式加热从而提升对称性,增加对流,以及增加单晶比例,降低位错等;全新的籽晶拼接技术可以避免拼缝产生的位错;独创的籽晶回用技术可以进一步降低成本;硅片晶花分选可以更好的解决组件外观问题。针对上述四点原因,协鑫一一攻克。

在外观方面,协鑫方面宣称,鑫单晶硅片采用金刚线切割,外观与常规多晶硅片相似,采取碱制绒后与直拉单晶无明显差异。另外,通过Hennecke全自动分选线严格控制晶花问题,将单晶面积小于99%的硅片选为三类片,占比约10%。

据协鑫集成首席技术官张淳博士介绍,在2018年9-10月份研发阶段发现,三类片使用碱制绒工艺会有严重的外观问题,而使用湿法黑硅制绒可以完美解决该问题。

在位错方面,汪晨表示,“与单晶相比,铸锭单晶虽然不是非常完美的晶体,但相比多晶的位错比例大幅下降,从切割后的硅片看已经非常接近单晶产品。”

从技术上来看,位错会造成少子寿命降低,从而降低电池效率,这也是铸锭单晶最致命的弱点之一。

但万跃鹏解释,铸造单晶在长晶技术提升后位错得到显著降低,目前鑫单晶72片组件功率输出以380Wp为主,相比同尺寸同PERC工艺下直拉单晶组件低约5Wp。

据张淳介绍,经过不断的改进,目前鑫单晶EL降级比例2.29%,前期低档位中出现明显EL暗纹的情况现在基本消失,目前主要的缺陷是晶界线,占比1.25%,还有少量不合格绒丝,占比0.05% 。

此外,铸造单晶以衰减小于单晶PERC作为其一大亮点。硅片氧含量<6ppm,显著低于直拉单晶的12-13ppm,LID和LeTID均低于直拉单晶。不过张淳介绍,鑫单晶的光衰数据较多晶相比略差,怀疑主要是鑫单晶峰值烧结温度较多晶更高所造成。多晶的LeTID控制已经有成熟的产业化技术,鑫单晶还需进一步优化。

而在成本方面,协鑫方面称,目前铸造单晶成本比常规多晶略高一些,但是比单晶低,未来通过装料量的逐步提升,以及籽晶回用技术,可以进一步降低铸造单晶成本,同时规模化的应用也必然导致成本的大规模降低。

能耗方面,铸造单晶每公斤电耗比直拉单晶低20多度,转换成每瓦少耗电0.06度。

设备方面,目前市场上买不到直接可以用的铸锭单晶设备,需要自行改造;对铸造单晶晶棒少子寿命和缺陷检测需要投入少量新的设备,主要是增加端面少子寿命检测和位错检测以及晶花模组。

总结一下,铸造单晶是介于传统多晶与高效单晶之间的产品。但距离用多晶的成本做单晶的效率似乎还有一定差距。

“独一家”的铸造单晶距离大规模应用还有多远?

从目前的消息看,与铸造单晶相关的信息几乎全部来自协鑫及其盟友。据光伏們了解,目前试用铸造单晶产品的厂家并不多,某家电池厂商已即将量产,但产品只供给协鑫。

有业内人士向光伏們透露,铸造单晶如果能做好,肯定对直拉单晶是个很有优势的竞争,现在关键是需要得到试样和电池厂的认可。

协鑫所宣称,通过炉台改造数量增加、单台装料量提升,不断快速增加总产能,2019年铸造单晶全年产能可达8-10GW。

尽管产能在快速提升,但作为一种还未大规模应用的改良型技术,是否可以适应当前快速发展的光伏行业,似乎还有待验证。

任何新的事物投入市场都需要一个过程,那么铸造单晶如何被市场接受,拭目以待。

原标题:铸造单晶工艺距离大规模应用还有多远?

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