周末读：单晶硅的秘密

迈耶·伯格（Meyer Burger）几年前率先开发了金刚石线锯。这是降低单晶硅生产成本并实现我们今天看到的巨大市场增长的关键因素。

摘自《光伏》杂志，十一月版

在2018年国际太阳能贸易展览会的地板上，制造商展示了各种各样的新模块设计，其中半切电池，铜线互连和双面模块经常组合在一起使用。

但是有一件事是一致的：展出的大多数模块都采用单晶硅，甚至在世界最大的多晶硅晶片制造商的展位上，甚至有一个由半切电池制成的模块，其中明显没有颗粒。单晶的趋势是全球性的。

多年来，单晶技术主要用于住宅和其他空间受限的设备，而多晶技术已在公用事业规模领域占据主导地位。但是市场分析人士说，越来越多的大型太阳能发电厂正在使用单晶组件，两位不同的分析人士告诉《光伏杂志》，在下半年，全球销售的单一产品和多产品之间的比例将在50/50的百分之几今年。与2016年上半年相比，这是一个巨大的变化，当时使用单晶电池的模块所占销售额不到所有产品的30％。

价格动态

价格动态是这一市场转变的基础。根据IHS Markit的数据，2018年上半年单晶片的价格降至$ 0.133 / W，仅比多晶晶片高10％。当产品先制成电池然后制成模块时，这种差异不太明显，因为单电池生产或模块组装没有固有的较高成本。当我们达到系统价格时，由于单晶硅的更高效率，通常不能通过平衡系统优势来弥补这一点。

那么单晶硅如何能够如此大幅度地降低价格，为什么它会占领全球市场呢？为了回答这个问题，您必须去工厂。

金刚石线和PERC

单晶硅制造商已从太阳能晶片和电池制造中的两项重大技术趋势中受益：金刚石线切割和PERC。

中国制造业巨头Longi Green Energy Technology引领了单晶的兴起（请参阅《中国单晶热潮》，光伏杂志04/2018，第56页），声称它是第一家广泛部署金刚石线锯的公司。这些比浆锯更昂贵，但效率更高，不需要乙二醇浆或砂砾，锯屑更少，这意味着每公斤晶锭会有更多的晶片。

金刚石线锯是由瑞士的迈耶·伯格（Meyer Burger）率先开发的，但与其他设备一样，中国制造正在降低这些锯的成本，从而进一步证明了经济前景。起初，多晶晶圆制造商无法利用金刚石线锯，因为这种锯的纹理太光滑，无法与现有的湿法工艺配合使用。

但是，随着多晶硅晶片和电池制造商对其蚀刻解决方案进行修改，到2017年底，金刚石线也已成为多晶硅的主要技术，通常与黑硅表面处理相结合。

钝化的发射极后接触（PERC）电池技术带来了单晶可能更长久的技术驱动力。PERC只需要添加少量工艺，并且与切换到异质结或叉指背接触（IBC）单元设计相比，用于执行PERC的机器要便宜得多且易于集成。在过去的六年中，PERC已成为许多制造商选择的高效设计。

PERC可以同时促进多晶硅和单晶硅，但是对于单晶硅而言，优势更大。德国机械工程工业协会（VDMA）最新的国际光伏技术路线图（ITRPV）的图表显示，多晶PERC电池的平均效率比标准多晶PERC电池高出约1％，而单晶硅电池的平均效率则高出1.7％。

这种相对效率的提高并不是mono-PERC相对于multi-PERC的唯一优势。PERC电池更容易受到光诱导降解（LID）和光以及温度升高引起的降解（LeTID）的影响，包括IHS Markit太阳能，储能和智能公用事业研究总监Edurne Zoco在内的分析师表示，这对于多用途电池来说是一个更大的问题-PERC：Zoco说：“ LID是最大的问题。”

RCz和CCz

虽然PERC和金刚石丝都具有重要意义，但转向单晶的另一个因素是通过切克劳斯基（Czochralski）工艺铸造单晶锭的显着改进而降低了成本。这包括通过可充电的切克劳斯基（RCz）和连续的切克劳斯基（CCz）工艺在单个坩埚中铸造更多单晶硅的能力。

全球最大的单晶晶圆制造商Longi强调了已被广泛采用的RCz技术的优势。各种分析家估计，该公司从一个坩埚中获得了3个铸锭。然而，隆吉主席李振国告诉《光伏杂志》，他的公司正增加到五家。

这不仅延长了坩埚的寿命，而且节省了能源并减少了停机时间。在其他地方的铸锭世界中，时间就是金钱。英国分析师Exawatt的首席执行官兼研究部主管西蒙·普莱斯（Simon Price）解释说：“主要的驱动力是生产力，这可以降低成本。”价格说明，RCz还受益于转向更大的坩埚，这意味着更长的铸锭和更少的装卸时间，以及其他优势。他说：“一直以来，进行RCz都可以节省很少的钱。”

RCz并不是从单个坩埚中获得更多单晶硅的唯一技术。GCL-Poly在2016年一直领先于Longi，成为全球最大的晶片制造商（包括单晶硅和多晶硅晶片），在SunEdison的连续Czochralski工艺背后购买了知识产权，并于今年4月成立了保利协鑫。合资公司将使用该技术建造20吉瓦的单晶硅锭产能。

保利协鑫还收购了SunEdison的流化床反应器（FBR）多晶硅技术，据称该技术生产出制造CCz单晶的最佳材料。GCL当前是世界上唯一拥有这两种技术的可行版本的公司。Exawatt的Price指出，CCz原则上具有一些优势，包括能够在较低温度下运行，减少坩埚的磨损并延长坩埚的使用寿命。他说，更重要的是，该工艺可以更好地控制掺杂。这不仅意味着更容易生产n型硅，而且允许掺杂镓的晶片。