晶硅硅片電池尺寸標準化的必要性

作者: | 發布日期: 2019 年 06 月 14 日 12:03 | 分類: 新能源知識

摘要

硅片尺寸的微小增加能夠帶來電池和組件生產線的產出量微小提升,從而降低每瓦生產成本,同時在不需要改變組件版型尺寸前提下,提升組件功率和轉換效率。另外,組件進入4.0或5.0時代,最簡潔的途徑是增加電池和組件尺寸。許多企業微調硅片電池尺寸從而達到產品的競爭優勢,使得目前硅片尺寸出現多種選擇,給產業鏈上下游配合出現麻煩。增加了產品庫存。因此急需制定硅片尺寸標準。通過行業主要硅片,電池組件企業近兩年的討論投票,有三個硅片尺寸被選為行業推薦使用標準尺寸,分別是156.75mm,158.75mm 和166.00mm。

1.硅片尺寸的由來,發展及規范的必要性

由于光伏硅片材料最早源于半導體單晶,光伏行業硅片尺寸一直以來沿用半導體的晶圓尺寸6英寸和8英寸(直徑),對應到硅片邊長尺寸就是所謂的5寸片(125mm)和6寸片(156mm)。由于電池生產設備的進步和產出量提升的需求,5寸片在光伏產業鏈中逐步退出。2012年后,除了1-2家特殊電池制造商,125mm硅片就基本被市場淘汰了。

行業第一次嘗試對硅片尺寸作微小增加是2015年,單晶硅片制造商將156.00mm的邊長上調到156.75mm,并減小單晶硅片的倒角,推出了M2尺寸的硅片。該尺寸標準修正在2017年得到SEMI標準委員會的審核通過。這樣單多晶硅片邊長實際上已經開始統一到156.75mm這個尺寸上。多晶硅片國標在2018年的修訂版本中也確定了156.75mm為標準邊長,并建議未來的尺寸增加以1mm的倍數來變化。

但是,這個統一的尺寸沒有持續太久,行業有些企業開始再次微調自己電池的尺寸,追求組件在現有尺寸下盡量高的轉換效率和功率輸出,從而符合中國"領跑者項目"的要求,硅片尺寸在156.75mm標準基礎上出現157.0mm, 157.3mm, 157.5mm, 157.75mm, 158.0mm等等。受到組件功率超400瓦的目標以及盡可能少的改造投入,最大程度地利用現有電池及組件生產線來降低生產成本等驅動,硅片尺寸又出現了158.75mm,161.75mm,166mm等等變化。

硅片及電池的尺寸增大,有利于產業鏈從硅片到電池,尤其到組件每瓦加工成本的下降,是行業技術進步的一個重要方向。單片組件功率的提升,甚至是通過組件尺寸的增加而帶來的提升,只要市場安裝能夠接受,都是降低度電成本的一個有效途徑。因而,硅片尺寸的增加是光伏制造的發展的趨勢。規范未來硅片尺寸,形成全行業共同采納的標準,成為光伏制造企業共同的訴求。

目前,行業存在的硅片尺寸的多樣化給產業鏈從硅片到電池到到組件造成極大的麻煩,為某家電池特殊尺寸生產的硅片不能流通到其它客戶,極易造成庫存,造成浪費,同樣,有些尺寸的電池不易找到其它買家,造成積壓等等。由于未來硅片尺寸的不確定性,設備提供商不能全力開發新一代電池,組件設備等等。因此,硅片尺寸急需統一和標準化。

自從2017年以來,保利協鑫在IEC TC82/WG8的組織架構下,組織行業的主要硅片,電池組件,設備制造以及測試單位,一起來研討和制定應用于光伏電池生產用晶體硅片的標準幾何尺寸標準,推薦幾個基于目前大規模生產中較為廣泛應用的幾種硅片尺寸,并對未來硅片尺寸給出預期指導。這里的晶體硅片包括CZ直拉法拉制的單晶硅片,鑄錠法生長的多晶硅片和鑄錠單晶硅片。

2.硅片尺寸確立的原則

首先,我們要認識到,不同的硅片尺寸沒有哪個對,哪個錯的問題,甚至沒有一個比另一個技術上更優的問題。在標準上被推薦采納的尺寸是大部分企業愿意接受的。為避免太多的爭議,我們確認下面一些基本原則:

1)硅片的尺寸規格要盡量少。在通過對現有電池及組件生產設備作改造能夠接受的硅片尺寸中,盡量確認一個大家接受的尺寸,作為推薦及推廣的標準尺寸。

2)要特別防止在標準尺寸之上的微小變化的不同尺寸,比如增加幅度<1.0 mm。現有的許多在156.75mm之上的發生的許多微小變化都是建立在企業本身的組件尺寸最大化利用,設備最小化改造之上的,應該盡量避免。

3)對新的或通過最大程度改造的電池組件生產測試設備能夠采納的硅片尺寸作規范建議,并使得規范推薦的尺寸之間增量盡可能地大,并被組件應用端所接受。

4)對未來更大硅片尺寸,確認一個最小的增加量,指導未來技術發展時的新尺寸的確定。

5)對于準方形硅片,晶棒直徑不作強行規定,但給出推薦值。

3.基本確認的幾個規范尺寸

通過近兩年的討論修訂,晶硅硅片尺寸的標準草案在今年6月初在上海的IEC TC82/WG8會議上基本確定,幾個爭議問題,比如是否保留.75在未來尺寸上,是否跳過161.75mm等等,通過投票,基本形成爭論后的結果:

1)硅片的標準尺寸,現階段推薦為:156.75mm,158.75mm和166.00mm。其它尺寸為非標尺寸,可以由供需雙方協商采用。

2)在小于166mm尺寸的范圍內,規定硅片尺寸相對于在156.75mm基礎上的增加量為1mm的倍數。比如157.75mm,158.75mm,163.75mm等,避免157.0mm,161.5mm等。

3)在大于166mm尺寸范圍內,規定硅片尺寸相對于在166.00mm基礎上的增加量為1mm的倍數。比如168.00mm,180.00mm,210.00mm等等,避免168.75mm,171.5mm等。

具體的硅片尺寸分成方形和準方形,方形硅片示意圖和推薦值分別見圖1和表1,準方形硅片的示意圖和推薦值分別見圖2和表2。

Figure 1 - Dimensions of Square Silicon Wafers

圖1 方形硅片尺寸示意圖

Table 1 - Recommended Dimensions of Square Silicon Wafers

表1 方形硅片尺寸推薦值

Figure 2 - Dimensions of Pseudo-Square Silicon Wafers

圖2 準方形硅片尺寸示意圖

Table 2 - Recommended Dimensions of Pseudo-Square Silicon Wafers

表2 準方形硅片尺寸推薦值

#1: The diameter can be varied, with the recommended values listed in Table2.

表注:直徑值可以變化,表2中為推薦值。

硅片尺寸的標準化得到行業主要企業的積極參與,到目前為止,參與企業和單位的名單見表3。該標準將于今年10月份在IEC TC82進行立項審查。在審查通過后,該標準草案將在全球范圍內得到討論和投票。

表3 標準草案的參與單位名單

文章來源:摩爾光伏

作者:萬躍鵬 林清香

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