准单晶硅技术.doc

在光伏行业迅速发展的今天，用于制造太阳能电池的晶体硅主要是采用直拉法的单晶硅及采用铸锭技术的多晶硅。多晶硅铸锭，投料量大、操作简单、工艺成本低，但电池转换效率低、寿命短；直拉单晶硅转换效率高，但单次投料少，操作复杂，成本高。因此，怎样将两者合二为一、扬长避短，就成了国内外光伏企业竞相研究的热点和难点。在这种背景下，介于多晶硅和单晶硅之间的准单晶逐渐进入了人们的视野。

准单晶的概念：
准单晶（Mono Like ）是基于多晶铸锭的工艺，在长晶时通过部分使用单晶籽晶，获得外观和电性能均类似单晶的多晶硅片。这种通过铸锭的方式形成单晶硅的技术，其功耗只比普通多晶硅多5%，所生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。简单地说，这种技术就是用多晶硅的成本，生产单晶硅的技术。
准单晶的生产工艺
准单晶主要有两种铸锭技术：
（1）无籽晶铸锭。无籽晶引导铸锭工艺对晶核初期成长控制过程要求很高。一种方法是使用底部开槽的坩埚。这种方式的要点是精密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，槽的尺寸以及冷却速度决定了晶粒的尺寸，凹槽有助于增大晶粒。因为需要控制的参数太多，无籽晶铸锭工艺显得尤为困难。
（2）有籽晶铸锭。当下量产的准单晶技术大部分为有籽晶铸锭。这种技术先把籽晶、硅料掺杂元素放置在坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部，再加热融化硅料，并保持籽晶不被完全融掉，最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。

准单晶产品的优势
1.转换效率高于普通多晶，接近直拉单晶电池片。
2.与普通多晶电池片相比LID基本无变化，性能稳定。
3.比起普通多晶，组件功率提升明显，单位成本降低。
4.可封装250瓦（60片排布），或300瓦（72片排布）的大组件。
5.适用于对安装面积有限制要求的特殊场合。

国内光伏企业研究准单晶概况
晶龙集团
2011年3月28日，晶龙集团宣布其旗下的东海晶澳太阳能科技有限公司生产的“准单晶铸锭量产一号锭”顺利下线，这标志着晶龙集团不仅成功研发出世界领先的准单晶铸锭技术，也率先实现了该创新技术的产业化。据了解，投资1.5亿元的试量产一期项目已经有12台准单晶铸锭炉投产，预计将实现年产65MW准单晶硅锭，年销售收入3亿元。同时，投资4亿元的二期200MW准单晶硅铸锭项目也正在实施中，2011年底达产后还将增加32台准单晶硅铸锭炉，预计将实现年销售收入10亿元。早在2009年，晶龙集团就一次性投入3000万元作为准单晶专项研发经费。

晶澳太阳能
2011年6月8日，晶澳公司在德国Intersolar展会上宣布其所研发的高效多晶电池“晶枫（Maple）”正式启动规模性量产。量产后的转换效率平均可达17.5%，最高可达到18.2%。该产品应用了由晶澳自主研发的“超大晶粒准单晶硅铸锭”技术，其显著的特点是低成本，高效率。从品质上比较，直拉单晶转换率可达18%，多晶硅一般在16%-17%左右，而采用准单晶铸锭技术生产的“晶枫（Maple）”产品最高的转换率可以与单晶硅媲美，高达18.2%；而在成本上，“晶枫（Maple）”与多晶硅铸锭工艺相当。

保利协鑫
近期，中国最大的硅片企业保利协鑫也已经试用准单晶技术成功，预计待其准单晶技术成熟后将大规模推广。

昱辉阳光
昱辉阳光于2011年1月14日报道：公司近日宣布已成功研发出一种名叫“Virtus Wafer”的新型多晶硅硅片，该产品能够提高太阳能电池转换效率至17.5%，较行业标准高出1%。硅片光致衰减率在0.1%左右，比单晶硅4%的衰减率低了一个数量级。在弱光性（与总发电量相关）方面，Virtus硅片与普通多晶、单晶没有明显差异。较之市场上常规的准单晶，Virtus硅片既有相同的地方也有创新之处，为此在技术创新方面，昱辉阳光申请了6项专利技术。
无锡尚品
2011年7月8日，无锡尚品太阳能宣布其准单晶生产工艺试验成功，其转换效率在18%以上，利用率超过65%。

凤凰光伏
2011年6月18日，在上海举行的"2011年准单晶技术与市场发展趋势暨凤凰光伏新品发布会"上，凤凰光伏正式发布了其准单晶产品。凤凰光伏相关负责人表示，公司历经半年时间自行研发、实验、小批量生产测试，通过对GT铸锭炉改造实现了准单晶的量产能力，并有效解决了等温曲线精确控制问题、0.5CM厚度超大尺寸无损伤籽晶制备技术和超低成本应用问题、位错等影响产品品质问题、电池制造工艺匹配问题，从而为客户提供专业的应用意见和系统解决方案。

准单晶技术尚存在的问题
随着准单晶逐渐走进人们的视野，越来越多的企业加入到研发准单晶技术的队伍中去。但准单晶技术仍存在诸多瓶颈，多数企业只能进行小规模实验。有些企业虽可以生产出准单晶，但控制工艺复杂，成本居高不下，无法实现工业化生产。总之，研发技术与量产问题是准单晶领域面临的主要问题。
1．技术研发要点
第一，温度梯度改进。针对热场研发以改良温度梯度，同时还要注意热场保护；第二，晶种制备。研究发现，准单晶晶种制备方向将朝着超大超薄的方向发展；第三，精确熔化控制。这一环节非常难以控制，它决定准单晶是否能够稳定生产，因此需要一个与之对应的精准熔化控制设备。第四，位错密度。在很多生产过程中，效率衰减总是不可避免，为此把位错密度控制到最低，是此项工艺的关键；第五，边角多晶控制，即合理有效控制边角多晶的比例；第六，铸锭良率提升。目前良率大约在40%~60%之间，还有待提高。
2．量产决定性因素
首先是可行的工艺路线。如果开发出的准单晶没有可行的工艺路线，准单晶产品将只能处于实验室阶段；其次是稳定的控制方法；第三，精准熔化控制设备；第四，低廉的改造成本及生产成本，即在原有铸锭炉的基础上实现转型，从而降低成本。
至于准单晶电池工艺本身来说，主要还是借鉴目前单晶、多晶电池的成熟工艺，评估大规模量产的经济可行性，其本身应该不存在太多门槛。

据Solarbuzz预计，用于晶硅和薄膜电池制造的光伏设备资金支出预计在2012年将降至76亿美金，相较于2011年预期创纪录的142亿美金降幅达47%。这种预期对光伏设备厂商2011年下半年的营收和2012年的业绩预测无疑当头一棒。但上游产品组合完备和市场份额高的晶硅设备厂商（如GTSolar、MeyerBurger、应用材料、精功科技）能免受设备订单下滑的冲击。
光伏设备制造商们在未来将面临巨大的压力。在此情况下，多方面研究生产工艺，用先进设备满足光伏行业的发展需求，是光伏设备制造商们的重要出路。而准单晶术集合了单晶硅和多晶硅的优点，将有助于降低太阳能发电成本，促进太阳能发电实现平价上网。因此，准单晶技术正引领着光伏行业的新的风向标，其前景将十分广阔。
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