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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
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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
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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
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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。
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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
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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(
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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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
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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%
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Courtesy of customer B
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片源 Uoc (mV) Isc
(A) FF
(%) Rs
(mΩ) 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
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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。
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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)
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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
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鑫单晶氧含量
-
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
Yiel
d/(k
Wh/
Kw)
Quasi-mono
Remark: 1. Installed in 2012 2. Mono modules: 22, Multi: 30, Quasi mono: 1
Yiel
d/kW
h 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
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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
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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
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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。
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协鑫(集团)控股有限公司 www.gcl-power.com
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Contact: Dr. Yuepeng Wan [email protected]
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幻灯片编号 1幻灯片编号 2幻灯片编号 3幻灯片编号 4幻灯片编号 5幻灯片编号 6幻灯片编号 7幻灯片编号 8幻灯片编号 9幻灯片编号 10幻灯片编号 11幻灯片编号 12幻灯片编号 13幻灯片编号 14幻灯片编号 15幻灯片编号 16幻灯片编号 17幻灯片编号 18幻灯片编号 19幻灯片编号 20幻灯片编号 21幻灯片编号 22幻灯片编号 23幻灯片编号 24幻灯片编号 25幻灯片编号 26