直接法硅片技術突破 能源革命即將到來

2017-02-10 09:23:03 來源:

眾所周知,傳統的硅片制造工藝步驟繁多且浪費嚴重。光伏產業鏈是從多晶硅提純開始的。多晶硅料的制備是一個高能耗的過程,得到的是高純硅材料。然而,如此高純的硅材料卻在接下來的硅片制備中白白浪費了50%。因此,行業亟需一種新的工藝避免浪費,在節約能源的同時降低硅片成本。

數十年來,業界都在積極探索避免浪費的新工藝,寄希望于從硅的熔液中直接獲得硅片。全球范圍內大大小小的公司都曾試圖破解這一難題。雖然取得了一些進展,但仍然無法與傳統的鑄錠切片工藝相抗衡。

轉機在2008年出現。Frank Van Mierlo,一位有著成功經驗的企業家,成功說服了一些業內專家,一同創辦了1366科技,立志革新硅片加工工藝。名稱中的1366取自太陽在地球外太空的平均能量密度,即1366瓦每平米。人類對能源的需求,每平米遠小于1W。即太陽可以為人類活動提供足夠的能源。

1366科技吸納了很多有經驗的工程師,他們非常清楚早期各種嘗試的不足;MIT的新工藝,以及7年堅持不懈的努力,1366科技成功開發出了可商業化的全新工藝,避免了浪費,使硅片成本降低一半,能耗降低三分之二。這一突破集合了MIT、歐美公司和一些知名研究機構的集體智慧,完美解開了困擾業內近40年的難題,開創了硅片制造的新標準。

技術突破引發成本革命

自上世紀70年代起,硅片生產一直使用鑄錠切片工藝。鑄錠是指將多晶硅原料熔化再緩慢冷卻成一個大塊,即硅錠。然后,將硅錠切割成橫截面為硅片大小的小方錠,經過截斷、磨面和倒角等工藝后,使用線切割工藝切出薄薄的硅片。整個過程近一半的硅材料成為“切削”白白浪費。

由于硅料成本昂貴,不少企業都嘗試尋求不需要切割的工藝方法。直接硅片的工藝,業界有一個專有名詞叫KERFLESS,不用切割的硅片。如夏普、GE、拜耳都做過一些嘗試,但是他們解決不了其中應力的問題。應力的問題不僅讓效率不高,同樣會導致整個機械過程之中的破片會比較高。而1366完全解決了應力的問題,使得效率不斷提升。Frank表示,“我們今天公布的效率是19.6%,在今年一季度效率一定會做到20%以上。同時,成本減半,能耗降低23。”

但不能忽視的是,傳統技術路線這幾年的進步也非?,包括金剛線的切割代替過去砂線切割;黑硅技術幫助效率提高以及成本的縮減。面對這些技術路線的競爭,1366科技顯得信心滿滿。

Frank指出,“金剛線切割也是屬于線切割的一種,這種技術已經存在了很多年。PERC也是30多年的工藝,而N型的歷史比PERC還要久。1366科技則是一個全新的嘗試,如果來看未來的發展,我們相信N型只是一個小眾化的市場,也許它效率超高,但并不能不會解決能源危機與霧霾的問題。1366科技和PERC的結合是11大于2的過程。PERC的鈍化會讓1366科技的硅片產生一個更好的效率提升。”

據記者了解,當用到PERC技術的時候,如果厚度可以降低,對光子的利用可以更加充分,但現在的工藝沒有辦法讓硅片變得更薄。如果切得更薄,在切片環節將得不償失,使得電池生產過程的碎片率大幅提高。而1366科技是3D生長的硅片,可以做到邊緣厚而中間薄,整個硅片同樣有基于200微米的強度。我們給下游的電池制造提供了更多的可能性。

 “直接法硅片”獲巨頭認可 布局時機到來

這一突破性的技術飛躍似乎也得到了業界的認可。瓦克多晶硅業務部門總裁Ewald Schindlbeck如此評價“直接法硅片”技術:“我們看到了‘直接法硅片’技術的巨大潛力,它將為加快太陽能發電在世界范圍內的應用做出卓越貢獻。直接從硅的溶液中生長硅片的想法著實令人嘆服。不再產生硅的浪費,更簡單的工藝,更少的時間,卻能得到性能一致的最終產品。我們相信‘直接法硅片’工藝可以幫助晶體硅太陽能電池鞏固其市場份額的主導地位,并為持續降低光伏系統的成本提供解決方案。我們都希望可以降低太陽能發電的成本,使其面對化石能源時更具競爭力,與1366科技的合作伙伴關系開創未來的解決方案。”

2016年年底,1366科技宣布,其與韓華Q CELLS合作刷新了直接硅片技術新的性能記錄——196%的電池轉化效率。該結果得到了德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所光伏校準實驗室的獨立確認。其清晰地展示了1366科技的非切削直接硅片技術與韓華Q CELLSQANTUM背鈍化電池這兩種創新科技相結合的潛力。這些硅片來自于1366科技位于馬薩諸塞州貝德福德工廠現有的生產設備,并在韓華Q CELLS位于德國塔爾海姆的技術創新中心完成了電池制造。“這些最新的研究成果體現了直接硅片與QANTUM電池技術打破傳統硅片與電池技術工藝技術局限的潛力。”韓華Q CELLS硅材料研發高級經理凱?彼得表示。

 “從長遠來看,我們覺得光伏未來效率確實需要做到很高,衛星上可以做到將近50%的轉化效率,這個效率通過多節電池疊層電池實現的。當你需要實現這一點,你就需要一個很便宜的襯底材料,我們覺得直接法硅片是有希望成為成本比較低的襯底材料做成疊層電池,這是長久的未來。” Frank表示。

來源:索比太陽能光伏網   采編:馬海天

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