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技术进步提升市场竞争力
过去几年,多晶硅片生产技术有了显著进步。例如,多晶铸锭技术已从G4(每个硅锭重约270公斤,可切4×4=16个硅方)进步到G5(5×5=25个硅方),然后又进步到G6(6×6=36个硅方)。现在京运通公司已推出最新的G7铸锭技术,每个硅锭重达1200~1400公斤,可切7×7=49个硅方,生产效率大大提高。
随着生产效率的提高,单位生产成本相应降低。使用较新的G6或G7铸锭技术,每公斤硅方的长晶相关成本与较旧的G5技术比较可降低20~30元,相当于每个硅片的成本降低了0.4元以上。考虑到现在多晶硅片的市场价格仅为5.8元左右,这一成本节省对生产厂家有重大意义。
新的多晶铸锭技术不但可降低成本,同时也可提高硅片质量。例如,G6和G7硅锭所产硅片的平均质量就要比G5和G4硅片高。这是因为相比起G4和G5,G6和G7硅锭拥有较多的中心硅方,而中心硅方距离坩埚壁较远,铸锭过程中受坩埚中所含杂质的污染较少,因此硅片质量较高。G6和G7各有16个和25个中心硅方,而G4和G5只分别有4个和9个中心硅方。使用G6和G7硅片生产的光伏电池也因此具有相对较高的光电转换效率。
为了提高光电转换效率,最近光伏业界又推出了高效多晶铸锭技术。使用普通的电池片制作工艺,高效多晶硅片可达到17.3%以上的转换效率,现在最高可达18%左右。高效多晶铸锭技术的关键在于降低晶体中的位错和其他缺陷。业界估计至少有十余种方法制作高效多晶,例如使用单晶碎片或多晶碎片作为籽晶,使用特殊坩埚或热场等等。
多晶硅片成本的降低和转换效率的提高,使多晶硅片的市场竞争力不断提高。图4是各种不同硅片技术的市场竞争力路线图。该图的纵轴是硅片的光电转换效率,横轴则是硅片的成本(倒数)。图的左下方区域表明成本高而转换效率低,因此缺少竞争力。图的右上方区域表明成本低而转换效率高,因此竞争力很强。2010年,多晶硅片的转换效率约为16%,价格约为每片3~4美元(见大菱形数据点),定义的竞争力曲线是左下方的曲线。当时,绝大多数硅片技术都位于该曲线的右上方。因此,都具备一定竞争力而为市场所接受。到了2012年年底,多晶硅片的转换效率提高到17.2%左右,价格降到了每片0.8美元左右(见圆形数据点),相应的竞争力曲线是中间的曲线。从图中可看到,此时多数其他硅片技术都已位于该曲线的左下方,包括普通(P型)单晶硅片,意味着这些技术已逐渐失去竞争力,市场占有率不断降低。到2014年,多晶硅片的转换效率预计将提高到18%以上,而成本降至每片0.5美元以下(见方形数据点),相应的竞争力曲线是右上方的曲线。从图中可看到,几乎所有其他硅片技术此时都已位于上方曲线的左下方,失去了竞争力。唯一可能的例外是超薄的N型单晶片。因为N型单晶片转换效率可达23%以上,如其能如预期进一步降低成本,则可能仍然具备对多晶硅片的竞争力。光伏硅片生产技术的发展趋势表明,将来的硅片市场应该是高效多晶硅片和超薄N型单晶片相互竞争的市场。
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