直接法硅片技术突破 能源革命即将到来

2017-02-10 09:23:03 来源:

众所周知,传统的硅片制造工艺步骤繁多且浪费严重。光伏产业链是从多晶硅提纯开始的。多晶硅料的制备是一个高能耗的过程,得到的是高纯硅材料。然而,如此高纯的硅材料却在接下来的硅片制备中白白浪费了50%。因此,行业亟需一种新的工艺避免浪费,在节约能源的同时降低硅片成本。

数十年来,业界都在积极探索避免浪费的新工艺,寄希望于从硅的熔液中直接获得硅片。全球范围内大大小小的公司都曾试图破解这一难题。虽然取得了一些进展,但仍然无法与传统的铸锭切片工艺相抗衡。

转机在2008年出现。Frank Van Mierlo,一位有着成功经验的企业家,成功说服了一些业内专家,一同创办了1366科技,立志革新硅片加工工艺。名称中的1366取自太阳在地球外太空的平均能量密度,即1366瓦每平米。人类对能源的需求,每平米远小于1W。即太阳可以为人类活动提供足够的能源。

1366科技吸纳了很多有经验的工程师,他们非常清楚早期各种尝试的不足。基于MIT的新工艺,以及7年坚持不懈的努力,1366科技成功开发出了可商业化的全新工艺,避免了浪费,使硅片成本降低一半,能耗降低三分之二。这一突破集合了MIT、欧美公司和一些知名研究机构的集体智慧,完美解开了困扰业内近40年的难题,开创了硅片制造的新标准。

技术突破引发成本革命

自上世纪70年代起,硅片生产一直使用铸锭切片工艺。铸锭是指将多晶硅原料熔化再缓慢冷却成一个大块,即硅锭。然后,将硅锭切割成横截面为硅片大小的小方锭,经过截断、磨面和倒角等工艺后,使用线切割工艺切出薄薄的硅片。整个过程近一半的硅材料成为“切削”白白浪费。

由于硅料成本昂贵,不少企业都尝试寻求不需要切割的工艺方法。直接硅片的工艺,业界有一个专有名词叫KERFLESS,不用切割的硅片。如夏普、GE、拜耳都做过一些尝试,但是他们解决不了其中应力的问题。应力的问题不仅让效率不高,同样会导致整个机械过程之中的破片会比较高。而1366完全解决了应力的问题,使得效率不断提升。Frank表示,“我们今天公布的效率是19.6%,在今年一季度效率一定会做到20%以上。同时,成本减半,能耗降低23。”

但不能忽视的是,传统技术路线这几年的进步也非常快,包括金刚线的切割代替过去砂线切割;黑硅技术帮助效率提高以及成本的缩减。面对这些技术路线的竞争,1366科技显得信心满满。

Frank指出,“金刚线切割也是属于线切割的一种,这种技术已经存在了很多年。PERC也是30多年的工艺,而N型的历史比PERC还要久。1366科技则是一个全新的尝试,如果来看未来的发展,我们相信N型只是一个小众化的市场,也许它效率超高,但并不能不会解决能源危机与雾霾的问题。1366科技和PERC的结合是11大于2的过程。PERC的钝化会让1366科技的硅片产生一个更好的效率提升。”

据记者了解,当用到PERC技术的时候,如果厚度可以降低,对光子的利用可以更加充分,但现在的工艺没有办法让硅片变得更薄。如果切得更薄,在切片环节将得不偿失,使得电池生产过程的碎片率大幅提高。而1366科技是3D生长的硅片,可以做到边缘厚而中间薄,整个硅片同样有基于200微米的强度。我们给下游的电池制造提供了更多的可能性。

 “直接法硅片”获巨头认可 布局时机到来

这一突破性的技术飞跃似乎也得到了业界的认可。瓦克多晶硅业务部门总裁Ewald Schindlbeck如此评价“直接法硅片”技术:“我们看到了‘直接法硅片’技术的巨大潜力,它将为加快太阳能发电在世界范围内的应用做出卓越贡献。直接从硅的溶液中生长硅片的想法着实令人叹服。不再产生硅的浪费,更简单的工艺,更少的时间,却能得到性能一致的最终产品。我们相信‘直接法硅片’工艺可以帮助晶体硅太阳能电池巩固其市场份额的主导地位,并为持续降低光伏系统的成本提供解决方案。我们都希望可以降低太阳能发电的成本,使其面对化石能源时更具竞争力,与1366科技的合作伙伴关系开创未来的解决方案。”

2016年年底,1366科技宣布,其与韩华Q CELLS合作刷新了直接硅片技术新的性能记录——196%的电池转化效率。该结果得到了德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所光伏校准实验室的独立确认。其清晰地展示了1366科技的非切削直接硅片技术与韩华Q CELLSQANTUM背钝化电池这两种创新科技相结合的潜力。这些硅片来自于1366科技位于马萨诸塞州贝德福德工厂现有的生产设备,并在韩华Q CELLS位于德国塔尔海姆的技术创新中心完成了电池制造。“这些最新的研究成果体现了直接硅片与QANTUM电池技术打破传统硅片与电池技术工艺技术局限的潜力。”韩华Q CELLS硅材料研发高级经理凯?彼得表示。

 “从长远来看,我们觉得光伏未来效率确实需要做到很高,卫星上可以做到将近50%的转化效率,这个效率通过多节电池叠层电池实现的。当你需要实现这一点,你就需要一个很便宜的衬底材料,我们觉得直接法硅片是有希望成为成本比较低的衬底材料做成叠层电池,这是长久的未来。” Frank表示。

来源:索比太阳能光伏网   采编:马海天

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