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光伏铸锭单晶产品 或将成光伏下一个风口

国际能源网能源资讯频道  来源:摩尔光伏  日期:2018-11-08

11月1日,在在第十届中国(无锡)国际新能源大会暨展览会上,中国科学院院士、浙江大学材料科学与工程学院教授杨德仁带来了自己团队在铸造单晶方面的研究和发展汇报。在太阳能电池中,晶体硅依然是最主流、最重要的材料。究竟单晶硅和多晶硅哪一种材料更优质?在市场中,二者的竞争非常激烈。但从技术上看,高效太阳能电池占的比例将会越来越多,而效率越高对硅材料质量的要求也会越高。因此,今后的发展中,单晶硅的份额将会增加更多,而多晶硅的份额会出现一定量的减少。

在对太阳能电池高效率、低成本这一目标的长期追逐中,多晶硅成本较低,因此关于多晶硅的技术研究更偏向怎样使其更高效,控制津贴、减少错误等提高质量的研发成为技术发展的主要路径。硅系列太阳能电池中,单晶硅太阳能电池转换效率最高,因此科研关注的问题是怎么样改善技术,降低单晶硅的成本。比如说金刚线切割,增加强度重复加料,连续加料等等,这些是技术发展的方向。

杨德仁由此介绍,还有第三种方法可以来降低单晶成本,他称之为“铸造单晶”——利用籽晶通过铸造的方法生长出单晶硅,也就是把直拉硅晶体和铸造多晶硅两种技术的优点给结合起来。实验表明,这样做既降低成本,减少能耗,还具备高质量、高效率的优点。这个技术在过去的十年和最近得到了业内极大的关注。

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四个难点

然而,由于四个关键因素尚未得到更好的解决,使得工艺界无法更顺畅地进一步开发铸造单晶的技术。这四个元素主要是:籽晶成本、单晶率,高位错密度和采用利用率。

目前,国内的企业在研发上无不重点攻克这些难点。比如,在籽晶成本上,由于铸造单晶需要在底部铺一层厚度在2毫米左右的籽晶,怎样降低这个厚度或者能否重复应用籽晶成为降低成本的关键。随着研发的深入,国际上已经出现两种方法。第一种方法只停留在理论:只用一个籽晶,从中间起放大造成单晶100%的效果。第二种方法称为“功能精件”,在籽晶长到一半的时候,在其边缘铺上单晶或者多晶,从而使得里面成为单晶,外面一点点是可切除的多晶。目前这种办法已经投入应用。

而在四个难点的攻克中,位错是最为关键的一步。位错有两种,一种是分散的位错,另一种是位错团。这样的缺陷会造成少籽生命低及电磁的效率降低。尤其如果在两个籽晶夹缝之间产生了位错,这个位错会沿着特定的面进行生长,形成特定的三角形区域。做进太阳能电池后,整个硅片都会变黑,其电池效率大打折扣。

“如果不对位错质量加以控制,电池效率反而比普通的铸造多晶还要低下,因此位错的控制非常重要”。

然而,一个巧妙地“以毒攻毒”的方法由杨德仁团队经过试验提出并取得了成效:他们故意在籽晶中间增加了一个晶界,以这个炮制出的“缺陷”吸收了原本由于位错而带来的缺陷。通过引入晶界控制缺陷团的产生,可以让太阳能电池的寿命大幅度提高。

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“目前铸造单晶是太阳能硅材料发展重要方向,但是面临位错密度、单晶率、材料利用率和籽晶成本的问题挑战,其中位错是关键的因素。”杨德仁表示,他相信这种有效降低位错的机械工程正在成为可能,并将于1-2年后让工业界迎来铸造单晶大规模的应用。

协鑫“算法”

近日,保利协鑫长晶事业部总裁游达博士在其《GCL铸锭单晶技术进展》报告中指出,铸锭单晶拥有更低氧含量、更低衰减、无缺角,性价比优势非常明显。

游达博士认为,多晶铸锭硅片产品技术优势为高产能、低光衰、低封装损失;Cz单晶产品转换效率高、位错密度低、可以采用碱制绒工艺,采用铸锭方法生产的单晶硅片兼具二者技术优势。部分下游客户使用反馈,叠加PERC技术后,铸锭单晶与Cz单晶效率差最少仅为0.18%,而成本大幅降低。而且,数据显示,铸锭单晶光衰比Cz单晶产品低0.5%以上,长期发电量更高。

游达博士表示,铸锭单晶硅片还可以更好的兼容下游终端产品,由于不存在缺角,其硅片面积100%可利用,比Cz单晶面积大2%。高效铸锭单晶组件(60片)可以封装到310瓦。在同功率输出的条件下,铸锭单晶组件价格比Cz单晶低0.06元/瓦,度电成本低0.006元/度。

游达博士介绍,保利协鑫2011年即开始研究铸锭单晶技术,已经发布第三代产品。目前,保利协鑫铸锭热场工艺、锭检设备、产品品质全面升级,对称性热场,分段式加热控制有效降低位错,实现高品质整锭单晶。继金刚线切黑硅片之后,铸锭单晶硅片将成为对市场有重大影响的差异化产品。

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