铸锭技术的新应用时代-铸锭硅单晶——万跃鹏博士

保利协鑫能源控股有限公司 GCL-Poly Energy Holdings Limited 铸锭技术的新应用时代-铸锭硅单晶 万跃鹏博士，保利协鑫首席技术官 2019-03-08，苏州 高效多晶 High efficiency mc-Si 铸锭单晶 Casting mono-Si 直拉单晶 Cz mono-Si DW-S3 金刚线切S3 Co-doping S4 共掺杂S4 MCCE TS3/TS4 黑硅TS3/TS4 GCL casting mono-Si 鑫单晶（G3） P/N type RCz P/N型RCz单晶 P/N type CCz P/N型CCz单晶 协鑫针对客户需求的硅片 HE mc-Si cell ( 高效多 晶电池) HE PERC cell ( 高效 PERC 电池) HE PERC cell 高效 PERC 电池 Mono-Si PERC ( 单晶 PERC 电池) Mono-Si PERC ( 单晶 PERC 电池) Mono-Si PERT ( 单晶 PERT 电池) Mono-Si HJT ( 单晶 HJT 电池) 2 2013 2018 2019 效率/ η S3: 形 核创新 +0.4~0.5% 2015 2016 2017 2020 TS ： 黑硅制 绒 +0.7~0.9% Sp:适 用于PERC +0.9~1.3% S4:降低LID +0.5~0.6% G3: 高 功率铸锭 单晶 +1.7~1.9% G4: 适 用于PERC 低 阻铸 锭单 晶 +1.9~2.1% N1:N型铸锭单晶 +2.6~3% 2021 G5: 抗 衰减 共掺杂 铸锭单 晶 +2.1~2.3% GCL 铸锭硅片产品发展 路线图  铸锭硅片产品通过铸锭形核技术的提升，掺杂技术的应用，电阻率的控制等等，氧含量降低等，不断提升硅片性能。  铸锭单晶硅片可以通过稳定生产工艺、籽晶的低成本化技术，等进一步降低成本；  铸锭单晶技术可以应用于N型硅片，满足N-PERT，N-TOPCON，HJT等电池的需要。 3 电池效率差允许的硅片成本差 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3 单 多 晶硅片 成本差（元/瓦） 单 多 晶效率 差值(%) 鑫单晶G3与直拉单晶的效率差和 对应允许成本差（~0.25元/片） 0.4 性价比平衡线 PERC用多晶Sp 高效多晶S3 （ BSF ） 考虑BSF电池成本 鑫单晶G3 各类铸锭硅片与CZ 单晶 硅片性 价比的 对比 电池/ 硅片 效率 效率差 单片瓦数 硅 片价格 硅 片价/ 瓦 多晶BSF 18.8% 3.0% 4.62 2.15 0.465 多晶PERC 20.5% 1.3% 5.03 2.15 0.427 铸单PERC 21.4% 0.4% 5.25 2.85 0.543 直单PERC 21.8% 5.35 3.25 0.607 （采用2019年3月初硅片价格，156.75方片） 4  提升电池转换效率是提升铸锭技术性价比的最重要的选择。 GCL 鑫单晶产品开 发历程 规模化应用逐步增加， 2019 年订单快速上升 小规模量产G1 产品 示范电站应用 新一代鑫单晶 G3 研发成功 5 影响上一代铸锭单晶市场 接受的 主要问 题 2005-2008年，BP Solar Mono2 示范电站应用，效率接近CZ单晶，17-18.0%。无规模化应用。 2011-2012年，主要硅片电池企业推广铸锭单晶（也叫类单晶，准单晶）硅片，如晶澳晶枫（Maple）, 昱辉（Virtue），赛 维GBL，协鑫鑫单晶，等等。设备公司如GT，精工等提供铸锭单晶设备。后来被高效多晶产品所取代。 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 17.6% 17.8% 18.0% 18.2% 18.4% 18.6% 18.8% 19.0% 19.2% 19.4% 类 单 晶 电池效率分布(2013) 效率拖尾  类单晶碱制绒后有较大比例晶花，组件外观成为市场接受的主要障碍。  因为铸锭技术中位错问题没有解决，电池效率分布很广，有10-20%低效电池。  全单晶比例偏低（30%），大量出现2,3类片（大晶花，高位错）。  拼接缝在硅片上引起色差。 技术问题 ： 外观问题 ：晶花 外观问题 ： 拼接缝 6 铸锭技术再优化，品质提 升显著 全新的热场技术 全新的籽晶拼接技术 硅 片晶花 分选  全新热场设计，分段式加热，提升对称性，增加对流。  抑制侧部形核，增加全单晶比例，降低位错。  专有籽晶拼接技术，避免拼缝产生的位错。  独创的籽晶回用技术，降低成本。  硅片晶花分选，解决组件外观问题。 增 强对流 7 长晶技术提升后位错显著 降低， 提升电 池效率 ，减少 低效电 池 晶体生长方向 改善前硅片PL 改善后硅片PL 改善前小方锭PL 改善后小方锭PL 晶 体 生 长 方 向 小方锭尾部 小方锭头部 8 严格控制晶花：单晶面积 分选 NG OK OK 检测项目 规格范围 设备工具 方法 单晶面积比例 Ⅰ类 ≥99% Ⅲ类＜ 99% Hennecke全自动分选线 TFC或NVCD（IR）  用分选机将单晶面积小于99%的硅片选为三类片。  G3硅片或为全单晶，或为面积比不超过1%的其它晶粒，从而保证鑫单晶电池或组件的外观几乎没有晶花。 9 鑫单晶电池和组件外观 小于1% 晶花面积比例：10% VS 鑫单晶组件 CZ 单晶组件 鑫单晶电池 完全单晶外观比例：约90%  采用碱制绒条件下，可获得高功率输出与近乎完美的鑫单晶组件外观  部分客户采用黑硅制绒，外观更佳、功率水平与碱制绒相当 10 鑫单晶组件典型外观照片—5BB 11 鑫单晶组件典型外观照片—MBB 12 PL 检测位错，保证硅片电 池转换 效率， 消除效 率拖尾 现象 检测项目 规格范围 设备工具 方法 缺陷百分比 ≤4.50% Semilab-PLB55 PL检测方法 NG 缺陷百分比：1.46% OK 13  使用新型硅片自动分选机前，330万_MBB产出数据，已经基本解决早期拖尾问题。  使用新型硅片自动分选机后，晶花片比例下降明显，效率提升0.1%+，达到21.8%，无拖尾低效问题。  019年2月份量产（300万片）均值21.85% 1.0% 0.3% 0.7% 1.6% 3.4% 6.7% 12.8% 21.8% 26.7% 18.8% 5.6% 0.6% 0.2% 0.0% 0.1% 0.2% 0.7% 1.7% 3.9% 9.0% 17.6% 26.9% 26.7% 11.5% 1.5% 0% 10% 20% 30% ＜21 21.0 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 21.8 21.9 22.0 22.1 鑫单晶_MBB_PERC 档位分布 总体 自动分选 鑫单晶电池表现： 碱制绒12BB+PERC A客户 14 鑫单晶电池表现： 碱制绒12BB+PERC+SE B客户 Group QTY Eta Uoc Isc FF Rs Rsh IRev2 MBB+SE 15403 21.95 0.6732 10.020 80.98 0.0014 621.02 0.0762 10.96% 16.14% 22.70% 19.40% 13.05% 8.30% 4.89% 2.71% 1.01% 0.73% 0.07% 0.03% 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 21.9 21.8 21.7 21.6 21.5 21.4 21.3 21.2 21.1 20.5 Irev2 Trash 入库档位分布（按0.2% 降档入 库）  MBB+PERC+SE同工艺情况下，单晶效率22.20%，鑫单晶较直拉单晶效率差0.25% 15 Courtesy of customer B 片源 Uoc （mV ） Isc （A ） FF （% ） Rs （m Ω） Rsh （Ω） Ncell （% ） Irev1 （A ） GCL 669.9 10.050 79.21 2.88 685.8 21.71% 0.10 0.01% 0.23% 2.32% 7.64% 14.22% 17.41% 16.71% 13.16% 9.35% 6.96% 4.30% 2.86% 1.99% 1.18% 0.59% 0.35% 0.24% 0.18% 0.32% 22.30% 22.20% 22.10% 22.00% 21.90% 21.80% 21.70% 21.60% 21.50% 21.40% 21.30% 21.20% 21.10% 21.00% 20.90% 20.80% 20.70% 20.60% ≤20.5% 黑硅制绒电池效率分布 鑫单晶进展 黑硅制绒9BB+PERC+SE C 客户  鑫单晶黑硅制绒电池平均效率  鑫单晶黑硅制绒电池效率分布 Courtesy of customer C 鑫单晶优点：氧含量低, LID 低 GCL 鑫单晶光衰低 ：LID 及LeTID 与CZ 单 晶比较 5 12 0 10 20 鑫单晶 单晶 氧含量 ppma 0.40% 1.05% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 鑫单晶PERC+光注入 单晶PERC+光注入 电池LeTID数据 （C客户： 75℃ 5KWh） 0.37% 0.94% 0.86% 1.56% 1.14% 2.13% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% 2.50% 10KW/h 61KW/h 组件光衰数据 （B客户 ：非PERC客户） 278W-黑硅多晶 283W-鑫单晶 287W-单晶 1.10% 0.80% 1.50% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% 电池LeTID （D客户：85℃ 200KWh ） 多晶黑硅PERC 鑫单晶PERC 单晶PERC 17 GCL 鑫单晶组件功 率分布  鑫单晶72片组件功率输出以380Wp为主。  比相同尺寸相同PERC工艺下CZ单晶组件低约5Wp。 18 鑫单晶组件EL ：优于多 晶组件EL 组件功率：370W （鑫宇PERC+MBB ） 组件功率：380W （苏民PERC+MBB+SE ） 组件功率：375W （鑫宇PERC+MBB ） 组件功率：385W （苏民PERC+MBB+SE ） 19 鑫单晶适合做叠瓦组件 鑫单晶叠瓦组件外观 鑫单晶叠瓦组件EL  鑫单晶叠瓦组件(72 片）封装功率405W 20 鑫单晶氧含量6ppm Vs. CZ 单晶硅片 12-13ppm 头尾去除多 共掺杂技术 适用于叠片组件技术 提升组件转换效率 更低氧含量 更低光衰 更窄电阻率分布 方片无倒角 更低碳足迹 鑫单晶产品优势 比CZ 单晶每公斤电耗低20 多度。 转换成每瓦少耗电0.06 度。 21 铸锭单晶组件发电应用及 可靠性  2011-2012年期间估计有近1GW铸锭单晶组件产品应用于发电市场（主要在海外），法国电力公司一直应用Photowatt 铸锭单晶组件产品，估计有500MW的电站应用。无该类产品应用问题的报道。  Photon户外测试的2014年发电量数据显示，准单晶发电量可以做的很好。  保利协鑫自建的对比电站（徐州）显示，铸锭单晶发电量可以满足要求。 PHOTONLab’s outdoor module tests: results of 2014 yield measurements （Photon户外组件评测：2014年各类型组件发电量） Quasi-mono: 1163.6 Yield/(kWh/Kw) Quasi-mono Remark: 1. Installed in 2012 2. Mono modules: 22, Multi: 30, Quasi mono: 1 Yield/kWh Results of 2017 yield measurements installed in 2016 （2016年安装的准单晶和多晶组件的2017年发电量） Remark: 1. Inverter fault in June 2. Installed in 2016 158.75±0.25 161.75±0.25 166.00±0.25 铸锭单晶 直拉单晶（小圆弧及方片） 硅片尺寸发展趋势及行业标准 电池单片 瓦数 组件单瓦 成本  硅片电池尺寸在设备能接受的范围内加大是行业降本（主要电池组件加工成本）的需要，是一个趋势。  2019年主推158.75硅片。  呼吁行业形成一致的硅片尺寸标准、避免过多种类。GCL正在主导新的硅片尺寸标准制定（光伏专委会标委会， IEC），欢迎参加。 156.75±0.25 158.75±0.25 161.75±0.25 166.00±0.25 156.75±0.25 23 2019.9 2019.6 月产能 2018.12 2019.3 2019.12 2,000万片 100MW 6,000万片 300MW 14,000万片 700MW 10,000万片 500MW 18,000万片 900MW  通过炉台改造数量增加、单台装料量提升，不断快速增加总产能，满足客户批量需求  2019年全年产能可达8-10GW 备注：单片按5 瓦计算 GCL 鑫单晶硅片产 能计划 24 小结  协鑫铸锭单晶硅片（鑫单晶）通过近几年的技术研发和进步，已经成为市场上被接受的有竞争力的 产品，市场占有率正在快速提升。  鑫单晶组件产品外观已经完全消除了晶花问题。  鑫单晶PERC电池量产效率在相同产线上与CZ单晶相比差距小于0.3%绝对效率。  鑫单晶PERC组件在72片全档位型号上与CZ单晶组件比功率差小于5Wp。  铸锭单晶PERC电池与组件的光衰（ LID，LeTID ）都低于同产线的CZ单晶产品。  铸锭单晶硅片的氧含量低于6ppma，显著低于CZ单晶。  铸锭单晶的电阻率范围可以在更窄范围，有利于PERC电池效率优化。  铸锭单晶硅片电池相比有圆倒角电池更有利于做叠瓦组件。  铸锭单晶产品碳足迹更低，是更绿色产品。 25 协鑫（集团）控股有限公司 www.gcl-power.com 苏州 地址:江苏省苏州工业园区新庆路28号协鑫能源中心 电话: 86-512-6853 6666 传真: 86-512-6983 2396 上海 地址:上海市浦东新区世纪大道100号环球金融中心68楼 电话: 86-21-6857 9688 传真: 86-21-6877 8699 香港 地址:香港九龙柯士甸道西一号环球贸易广场17楼 电话: 852-2526 8368 传真: 852-2526 7638 Contact ： Dr. Yuepeng Wan wanyuepeng@gcl-power.com 26