黑硅救贖
欄目:行業動態 發布時間:2018-01-04

近年來,單晶硅片受益于金剛線切割工藝的推廣,單晶制絨技術相對成熟,成本大幅下降。隨著單多晶之爭越演越烈,為持續以成本優勢穩居市場主流地位,多晶硅片轉換為金剛線切割來更進一步降低成本已到了非做不可的時機,但金剛線切割多晶硅片,采用常規酸制絨無法實現良好的表面織構,甚至無法形成絨面。而黑硅技術可以完美解決多晶制絨問題,既能提升電池效率又能降低電池成本,是多晶電池繼續進步的必由之路;黑硅技術的成熟又促使采用金剛線切多晶的比例迅速提升,以至于甚至有人說,金剛線和黑硅是孿生兄弟。

到目前為止制絨添加劑技術、干法黑硅技術(反應離子刻蝕法ReactiveIonEtching,RIE)和濕法黑硅技術(金屬催化化學腐蝕法MetalCatalyzedChemicalEtching,MCCE)等都可以解決金剛線切割的多晶硅片反射率高,制絨困難的問題。多晶黑硅技術的熱火再起,使得單、多晶的產品路線之爭愈發激烈:“究竟誰才是明日之王?”黑硅對于多晶來說,是一場救贖。但這究竟是顛覆性的變革還是延續生命活力的權宜之計?

西方先試

1997年美國哈佛大學的Eric.Mazur等人用飛秒激光脈沖在SF6和Cl2氣體環境下反復照射硅片表面時,產生一種圓錐形的尖峰狀陣列結構。當用肉眼觀察時,具有這種結構的硅片呈現黑色,故叫“黑硅”。

2004年,日本京瓷公司引入了干法黑硅RIE多晶制絨技術。在2008年,以韓國公司為代表的設備廠家開始在中國推廣干法黑硅RIE技術。

濕法黑硅方面,早在2006年,德國的Stutzmann小組即提出了金屬催化化學腐蝕的概念并在實驗室進行了初步的研究;直到2009年,美國國家可再生能源實驗室(NREL)的Branz博士提出了全液相黑硅制備方法,將濕法黑硅技術朝產業化方向又推進了一步。但是,他們一直未能解決好黑硅表面鈍化難題,使得濕法黑硅技術一直停留在實驗室階段。

東方“神力”

近兩年,基于硅片廠家對金剛線切片技術導入的預期以及電池、組件技術的快速發展,干法黑硅RIE技術又逐漸進入行業視野。干法黑硅目前主要在部分一線電池廠家實現量產,如晶科、協鑫集成、中節能等,仍有繼續發展的市場空間。“干法黑硅技術工藝穩定成熟,絨面結構均勻,效率提升最高,但需要新增成本較高的設備和工序。”業內專家介紹。

2016年5月,晶科能源表示,其采用PERC和黑硅技術的高效多晶電池已進入量產階段,未來將量產效率提升至20.5%以上。2016年11月,中節能太陽能鎮江公司宣布,其采用PERC+RIE黑硅技術的高效多晶電池實現量產,平均轉換效率突破20%大關,多晶組件功率超過285W。2017年4月,比太科技發布第四代RIE干法黑硅量產設備Tysol-4000。據悉,比太科技干法黑硅設備出貨量已超過1GW。2017年8月,協鑫集成自主研發的干法黑硅多晶PERC電池平均量產效率超過20.3%,最高效率達到20.8%。

濕法黑硅技術新增成本支出相對較小,可實現0.3-0.5%的效率提升。但該工藝采用槽式技術,與現有鏈式技術兼容性差,而且需要面臨含銀廢酸的處理和地方政府環保管控問題。濕法黑硅技術的代表企業有阿特斯、保利協鑫、無錫尚德、比亞迪、蘇美達等。據統計,2017年底國內濕法黑硅設備已經超過100臺,產能超過10吉瓦。

阿特斯早在2009年開始濕法黑硅技術項目調研立項,2014年成功將該技術推廣到生產線,在世界上首次實現濕法黑硅技術的產業化。目前,阿特斯量產黑硅電池平均效率超過19%,較常規多晶電池效率提升0.45%,黑硅組件輸出功率提升4W。2017年底,阿特斯將具備4GW濕法黑硅產能。

2017年,蘇美達輝倫自主《一種多晶硅表面倒金字塔結構及其制備方法》獲得了發明專利。

2017年2月,協鑫集成多晶濕法黑硅PERC電池開始量產,濕法黑硅PERC電池平均效率已達到20%,單片最高效率達到20.5%。2017年將有1.2GW黑硅電池全面投產。

2017年3月,中節能太陽能與德國RCT光伏科技公司就濕法黑硅技術簽署合作開發協議。2017年6月開始無錫尚德調研并確定濕法黑硅技術方案,12月,無錫尚德宣布其自主研發的濕法黑硅電池成功量產,在提升電池轉換效率及組件功率方面均取得了突破性進展。

硅片企業為了加速推進金剛線切多晶的推廣應用,也積極布局并導入黑硅技術。保利協鑫于2016年11月發布了TS系列濕法黑硅片。2017,保利協鑫重磅發布TS+系列第二代黑硅片,TS+黑硅片采用保利協鑫最新一代濕法黑硅技術,其效率更高、成本更低,更兼容高效多晶PERC技術。經驗證,TS+黑硅在上一代黑硅的基礎上,電池效率增益將再提升0.05-0.1個百分點,總體提升達0.3至0.4個百分點。

設備企業寶馨科技10月公告稱,公司于近日成功研發“MCCE黑硅制絨設備”,設備主要用于金剛線切割出來的多晶硅片的制絨,能生產出具有納米級黑硅絨面的硅片。目前已在協鑫集團得到成功應用。江蘇微導納米裝備科技有限公司推出第2代RIE設備——WR5400。

三劍合璧

硅片端降本,金剛線切多晶應該是最有效途徑之一。黑硅是隨著金剛線切硅片而重新煥發生機的“老技術”,正是因為黑硅技術的成熟給了金剛線切多晶掀起熱浪,席卷全國的底氣。另外,由于“背鈍化”和“黑硅陷光”又可以“完美”結合,優越的光吸收帶來電流增益,良好的鈍化實現開壓提升,使得多晶黑硅疊加PERC技術后可得到額外收益,效率比普通多晶PERC高出0.4%左右,實現了“1+1>2”的效果,可以說,多晶金剛線切+黑硅+PERC“三劍合璧”效果更強。

保利協鑫金善明在接受采訪時表示,“切片環節主要解決的是降本問題,而配套的黑硅技術則在降本、提效方面都有提升空間。黑硅制絨之前,普及金剛線切割的多晶硅片已經降本0.5-0.8元/片,而且,黑硅制絨后的多晶硅片可以直接上電池線,替代了傳統酸制絨環節。濕法黑硅技術可以融合其他硅片及電池產業化技術,從根本上提升多晶電池的轉換效率,并降低光伏組件成本。黑硅技術能夠與高效PERC技術高度匹配,黑硅疊加PERC技術預計可以提效1.2-1.5%,實現“1+1>2”的效果。阿特斯王栩生也認為,黑硅技術能夠與高效PERC技術高度匹配,經驗證,黑硅+PERC可以提效1.2%-1.5%,實現“1+1>2”的效果

上海交通大學莊宇峰博士說,現在濕法黑硅技術已經完全成熟,而且可在不同晶面上實現同樣的微、納米絨面,消除晶界,解決電池片的色差問題,基本實現外觀單晶化,而且結合PERC工藝,電池性能進一步提升。蘇州大學教授蘇曉東也表示,常規絨面反射率24%,濕法黑硅絨面反射率16-18%,以20%內光電效率計算,未來提升1.2-1.5%可能性很大。

在成本方面,與砂線切+普通電池工藝的單位成本相比,金剛線切多晶+濕法黑硅+PERC的電池制造成本僅為其92.7%,而金剛線切多晶+添加劑制絨+PERC則為其93.5%,而性價比得到了提升。

從產線效果來看,“金剛線+黑硅+PERC”的強力組合拳力促更多的高效多晶產品邁入“光伏領跑者計劃”,產品效率完全可以滿足“超級領跑者”標準。

一場革命

一直以來多晶在市場上都占有著絕對優勢,其原因歸功于多晶硅片的高性價比,資料顯示,高效多晶技術不斷優化晶體結構,目前多晶在晶體缺陷方面與單晶的效率差異大幅降低到0.2%左右,就客戶端表現情況來看,單晶與多晶之間并無明顯差別。加之鑄錠產能提升和結構線等技術對多晶成本的進一步降低,使得多晶能夠保持市場優勢。但近兩年來單晶技術的發展使得單晶成本有明顯下降,給多晶造成一定壓力。多晶亟待進一步的技術升級,才能繼續以性價比優勢主導光伏市場。

對于多晶來說,黑硅的蓬勃再現無疑是一場救贖,更是一場革命。

“前幾年,高效多晶技術的主攻方向是圍繞晶體結構進行體材料提效,近一年,則是以黑硅技術為代表的硅片表面提效。”面對多晶的發展趨勢,業內人士這樣總結。黑硅技術的成熟,推動金剛線的迅速擴張,加上背鈍化技術的匹配,無疑給多晶注入一針強心劑。

多位業內專家都表示,未來五到十年內,在包括黑硅技術的助力下,多晶通過技術升級,還將不斷提升轉換效率,降低發電成本,以高性價比和技術優勢,將繼續占領市場主導地位。


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