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半导体

高效硅单晶技术发展方向


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天津市环欧半导体材料有限公司副总经理 张雪囡


张雪囡:谢谢王秘书长,各位领导,各位同仁大家下午好!刚才,宋博士从硅单晶电池片的角度来介绍发展方向,我下面就从硅单晶技术发展方向做一个简要介绍。我是来自环欧公司,是天津中环半导体股份有限公司下属公司。我的报告主要分为以下几个内容,对太阳能光伏行业发展现状,基本上可以做特别简要的介绍。


然后,对中环股份,对光伏行业发展的认识,以及我们目前在研的CRC单晶在光伏领域技术优势做一下介绍,之后介绍一下中环股份,CRC太阳能的战略发展规划。


那么,从全球每年能源消耗与各类天然资源对比图中可以看出,太阳能还是我们天然资源的重大资源。这个图,大家也都是非常熟悉了,太阳每天照在地表的能量,基本上是超过全人类27年的能量需求。那么,未来发展方向也将成为主题能源。这是PIA,今年公布的一个,算是一个研究报告,其中涉及到在加速发展情景。


那么,从2013年光伏市场分析来看,从未来之后,中国、日本,我们太阳能光伏发电的比例是在逐渐增加。光伏市场的现状,这块我不做具体的描述了,总体上来看,光伏应用市场,还是出于政策驱动模式的主导下。另外,光伏市场的中心,正在从欧洲逐渐的向比如中国、美国和日本为代表的新兴市场,我们这个市场正在成为新的经济增长点。


那么,从2012年我们产能以及组件来看,从全年的产业整合导致组件制造方面下降25%%。我们中环股份对光伏行业发展,也有一个相对的认知。由于竞争是光伏系统价格是在逐渐的下降,那么,对于技术先进的企业,可以实现发电成本,同传统能源发电的成本相近。


从这个技术图,我们可以看,在气电发展过程中,比如有HRT技术,非电极技术,多节太阳能技术。那么,从材料发展,首先从薄膜电池到多晶硅,单晶硅,以及目前转换效率比较高的N型高效单晶硅。


那么,我们从这个发展趋势得出自己一家的结论,结合光伏发电系统产业中,我们现在按照高中低不同的技术路线,以及不同的应用领域,可以有两到三条技术路线的企业群,他在长期竞争局面正在逐渐的形成。


另外,我们认为光伏行业发展他的根本性要求来讲,将是高效化和低成本化。还有晶体硅,他现在的竞争正在有,比如说低技术企业采用的是速度效益型的竞争,而高技术企业将会采用差异的效益和效率性竞争。那么,展望未来3-5年光伏产业的发展,我们认为产业链的成本中心已经在向产业链后端转移,硅晶体,电池产业链整体制造成本将从重量的函数演变为面积的函数。光伏电站投资者的财务模型,也将从安装模特模型,转变到镀电成本模型。


那么,电池效益等将取代规模增长和速度成为竞争的关键。这是环欧公司,2009年做的,我们这个光伏产业快速发展期太阳能电池发展因素拓扑图。这是我们产业进入成熟期,电池产业的拓扑图。那么,一个是在技术方面,比如说现在像一倍聚光技术,在电池技术方面可以采用非电极的高转换效率。在晶体生长方面,我们可以做N型的硅单晶,CRC硅单晶。


那么,多晶硅材料,目前来看,流程化给了多晶硅,他的成本应该是比较低的。那么,在区域渠道管理方面,主要采取本地化的市场制造,在新工艺技术方面,比如说现在钻石线切割技术,高效成本这些工艺。另外,在规模管理方面,采取少膜化,高效化,自动化等等管理。


那么,对太阳能产业历史分析,我们认为从89年以来,全球多晶硅电子产业经历了三次巨大周期性的波动。而且,每一次都,基本上,或者是新增,或者是产能。从2005年以来,全球太阳能电池产业是一个迅速扩张,而且是一个严重同质化竞争这么一个状态,产业供需求关系,相对来说是严重失衡,而且超过了历史最高水平。


那么,2010年,无论是从全球市场需求面,和功能面,都发生了一些根本性的变化。所以,我们认为现在太阳能全产业链,根本性,基础革命,所导致的产业革命,和产业颠覆也具备了条件。那么,其中最重要的一个太阳能电池和系统技术革命,还有晶体技术和晶片技术革命,以及流程化技术,多晶硅的技术革命。


下面,我介绍一下CRC硅单晶在光伏领域的优势。这个是不同硅晶材料,对应电池片转换效率对比。那么,根据我们制定的方式不同,有多晶,T型的CF,N型CF,以及M型CF。那么,他们各有各自的优点和缺点,而采用特殊器件的工艺,相对来说,也获得比较高的转换效率。


那么,影响转换效率的因素,从材料系统上,一个是材料的寿命,另外材料的光衰减,还有晶体缺陷,以及材料的一致性。这就注定我们未来对材料的研究,一个是追求晶体的完整性,然后避免,比如说像其他的缺陷。


目前传统光伏技术,已经遇到了传唤效率的瓶颈,非硅成本的下降空间是有限的,而只有高效电池技术,在设计和材料上,能够有选择性的突破,才能使非硅成本有较大下降空间。


那么,我们自然对等,一个凭借虚荣特点的优势,降低CF的缺点,同时可以做到CF的缺点,同时可以做到CF成本接近新型材料技术改革,也就是CSF(01:25:52)技术。


那么,什么是CSF技术呢?我们CSF技术,主要是综合了CF和SF的特点,他既可以满足硅的氧含量,而且又可以掺入特殊的,固态的生产硅单晶。


那么,他有两种方向,高端可以做半导体材料,另外可以用在光伏材料,一方面可以打造低成本,另外一方面做到高效率。那么,他的工艺流程主要也是通过,一个是CS的多晶过程,在做一个F单晶过程。CF的特点,主要第一氧碳含量,基本上可以与区熔单晶相媲美,寿命也比CF单晶要高很多。


下面,我们可以看一下具体的数据。这是CMF与CF,和碳分别对比数据结果。这是CMF与CF,采用CF法测试,得出来的结果。可以看出,CMF寿命远远高于CF。所以,CMF单晶具备了应用于高效太阳能领域的条件。在性能方面,因为大家都知道CF单晶还有一个分明效果,所以从头到尾,他这个单晶电子是逐渐的降低。而CMF单晶,我单晶轴向电子率控制能力要远高于CF。


所以,他的高一致性,比较适合产业化和规模化的设计。那么,在CMF单晶,他的轴向寿命一致性,也比CF硅弹晶要好,这也是我们测试的结果。


那么,未来高效太阳能电池,他的主流结构,目前来说非电极,电池他做的,他的转换效率,目前已经做到24%%以上。这是CMF4.5的寿命,对转换效率的影响。那么,
CMF单晶说明,他的寿命要高于CF单晶。所以,CMF单晶较高的轴向一致性,也是我们电池组件性能均一的有力保障。这是CMF高效太阳能电池和C类单晶做成的电池轴向转换效率的提高。


那么,从光伏产品转换效率提升,他就可以直接降低系统的平衡成分,组件效率每提高一个百分点,系统平衡成本就会下降5到7个平分点。这是我们8寸多晶硅基准线,对比了8寸单晶,6.5寸CF的T型,6.5寸CMFT型单晶,还有6.5寸CF的N型,和6.5寸CMF单晶做的测算。


那么,从这个单打成本上我们可以看出,CMF的T型和N型诞生了,他的成本,我说的是单打成本,同比传统的太阳能硅片都是有所降低的。这也是我们CMF担心的成本优势,这是环欧公司在CMF方面拥有的知识产权。


下面,我再简单介绍一下中环股份CMF他们的战略发展规划?先说一下我们公司的背景,因为我们也是上市公司,公司长期是在做半导体含量,半导体清洁,而且硅材料产业的历史,可以追溯到1958年,在技术方面有着良好的积淀。目前,我们主营业务主要还是,一个是区熔单晶,直拉单晶,还有区熔硅片,区熔规抛光片,拉硅抛光片,我们N型的太阳能高效单晶片,无论现在是从转换效率,还是从产销规模,已经达到全球领先。T型的硅片技术,也是处于,从产量上来看,也是处于全球前两位的战略地位。


这是我们公司做的一个,未来的发展和建设规划图。我们目前中环股份下所有体系,包括半导体材料,半导体器件,以及光伏新能源材料,目前现在正在发展是DW钻石线切片技术,以及(CRC)最高线太阳能光伏技术,未来要做太阳能电站项目。预计计划在内蒙做一个GW级的太阳能电站。我们现在正在逐步从半导体硅材料领域完成到新能源产业领域,未来还有可能在做一些新型材料产业。部分太阳能电池产业链这个战略布局的设想,我们目前主要还是做硅棒和晶片。另外,还有光伏电池,我们采用主要是通过差异化的竞争,一个是单晶方面,我们采用CRC单晶技术,另外在切片方面,钻石线切割技术。


那么,通过采用这个精益管理,特别是利用我们子公司中环光伏在内蒙的区位优势和成本优势,我们现在正在集中的发展,太阳能光伏产业这一块。目前近期目标是达到3千兆瓦一年,在后续进行光伏组建,以及光伏系统和安装方面,目前已经与中环光伏已经与内蒙自治区的电网,内蒙自治区,有4家准备联合做光份组件,以及到光伏电站的系统。战略目标是7500,这是我们新能源产业5年的战略规划。


那么,在分阶段性的还有太阳能产业制造布局的设想。目前,我们公司总部是在天津,重点是以做晶体技术,高效电池,以及晶片加工茶叶的研发为主。在呼和浩特,主要是一个晶体产业的制造基地。未来,就会介入,在内蒙古呼市,或者在青海建立GW级的光伏发电。还考虑在江苏,浙江,考虑做晶片投研的基地。


我的结束语,引用一下2013年光伏产业发展报告。尽管我们现在光伏行业还面临着很大的挑战,但是我们还是非常有信心,能让我们光伏行业,对光伏发电逐渐取代传统能源是充满信心的,谢谢大家。


(来源于现场录音,未整理)



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