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編者按：曾經(jīng)曇花一現(xiàn)的鑄造單晶如今又卷土重來，經(jīng)歷近十年的積淀，這一次，卷土重來的鑄造單晶技術(shù)是否經(jīng)得起市場(chǎng)的考驗(yàn)?又將蠶食誰(shuí)的市場(chǎng)?

經(jīng)過2010年左右的曇花一現(xiàn)，鑄造單晶如今又卷土重來，且來勢(shì)洶洶。

所謂鑄造單晶就是采用鑄錠爐，利用籽晶以定向凝固的方式進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，產(chǎn)出鑄錠單晶大錠，又稱為準(zhǔn)單晶或類單晶。而在當(dāng)前主流的工藝制造中，鑄造其實(shí)是傳統(tǒng)的多晶制作方法。

“其實(shí)現(xiàn)在的單、多晶之爭(zhēng)就是直拉技術(shù)和鑄造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，而鑄造單晶則是巧妙地將鑄造技術(shù)的低成本、低能耗、大尺寸優(yōu)勢(shì)和單晶的高效率、高質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)結(jié)合到了一起。”浙江大學(xué)楊德仁院士認(rèn)為鑄造單晶吸取了鑄造與單晶兩方的優(yōu)勢(shì)而成。

卷土重來的鑄造單晶

回顧鑄造單晶的發(fā)展歷史，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這并不是一個(gè)全新的技術(shù)。據(jù)保利協(xié)鑫首席技術(shù)官萬(wàn)躍鵬博士介紹，早在2005-2008年，BP Solar鑄造單晶(Mono2)示范電站應(yīng)用，效率約17-18.0%，接近直拉單晶，但并沒有規(guī)?；瘧?yīng)用;到2010年左右，國(guó)內(nèi)晶澳、昱輝、LDK、協(xié)鑫、天合等企業(yè)推出鑄造單晶產(chǎn)品，但是到2013年左右，高效多晶產(chǎn)品興起，鑄造單晶已基本被工業(yè)界放棄。

在技術(shù)探索階段，有的技術(shù)被推崇逐漸成為主流，有的方向被市場(chǎng)放棄也勢(shì)必有其不合時(shí)宜的原因。

萬(wàn)躍鵬認(rèn)為當(dāng)年鑄造單晶沒有規(guī)?；瘧?yīng)用的原因主要有四點(diǎn)，一是當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品堿制絨后有較大比例的晶花，組件外觀成為市場(chǎng)接受的主要障礙;二是由于鑄錠技術(shù)中位錯(cuò)問題沒有解決，電池效率分布很廣，有10-20%低效電池;三是全單晶比例偏低(<30%)，出現(xiàn)大量2、3類片(大晶花，高位錯(cuò));四是拼接縫在硅片上引起色差。

在日益追求產(chǎn)品效率的光伏行業(yè)，上述四點(diǎn)原因也注定了鑄造單晶的夭折。如今的卷土重來也并不是一日之功。

實(shí)際上，主推多晶的保利協(xié)鑫一直將鑄造單晶作為技術(shù)儲(chǔ)備之一。隨著單晶市占率的提高，多晶的主流地位已逐漸滑落，正是擁有大批鑄錠爐的保利協(xié)鑫推出鑄造單晶的好時(shí)機(jī)。

保利協(xié)鑫科技管理部總經(jīng)理汪晨博士在第四屆光伏發(fā)電設(shè)計(jì)、工程與設(shè)備選型研討會(huì)上坦言，“傳統(tǒng)多晶相對(duì)于單晶而言，競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)偏弱”。他認(rèn)為，鑄造單晶是鑄錠技術(shù)必須要走的方向。

用多晶的成本做單晶的效率?

如此高調(diào)的宣布鑄造單晶的回歸，協(xié)鑫這幾年下了不少的功夫。全新的熱場(chǎng)設(shè)計(jì)，分段式加熱從而提升對(duì)稱性，增加對(duì)流，以及增加單晶比例，降低位錯(cuò)等;全新的籽晶拼接技術(shù)可以避免拼縫產(chǎn)生的位錯(cuò);獨(dú)創(chuàng)的籽晶回用技術(shù)可以進(jìn)一步降低成本;硅片晶花分選可以更好的解決組件外觀問題。針對(duì)上述四點(diǎn)原因，協(xié)鑫一一攻克。

在外觀方面，協(xié)鑫方面宣稱，鑫單晶硅片采用金剛線切割，外觀與常規(guī)多晶硅片相似，采取堿制絨后與直拉單晶無明顯差異。另外，通過Hennecke全自動(dòng)分選線嚴(yán)格控制晶花問題，將單晶面積小于99%的硅片選為三類片，占比約10%。

據(jù)協(xié)鑫集成首席技術(shù)官?gòu)埓静┦拷榻B，在2018年9-10月份研發(fā)階段發(fā)現(xiàn)，三類片使用堿制絨工藝會(huì)有嚴(yán)重的外觀問題，而使用濕法黑硅制絨可以完美解決該問題。

在位錯(cuò)方面，汪晨表示，“與單晶相比，鑄錠單晶雖然不是非常完美的晶體，但相比多晶的位錯(cuò)比例大幅下降，從切割后的硅片看已經(jīng)非常接近單晶產(chǎn)品。”

從技術(shù)上來看，位錯(cuò)會(huì)造成少子壽命降低，從而降低電池效率，這也是鑄錠單晶最致命的弱點(diǎn)之一。

但萬(wàn)躍鵬解釋，鑄造單晶在長(zhǎng)晶技術(shù)提升后位錯(cuò)得到顯著降低，目前鑫單晶72片組件功率輸出以380Wp為主，相比同尺寸同PERC工藝下直拉單晶組件低約5Wp。

據(jù)張淳介紹，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，目前鑫單晶EL降級(jí)比例2.29%，前期低檔位中出現(xiàn)明顯EL暗紋的情況現(xiàn)在基本消失，目前主要的缺陷是晶界線，占比1.25%，還有少量不合格絨絲，占比0.05% 。

此外，鑄造單晶以衰減小于單晶PERC作為其一大亮點(diǎn)。硅片氧含量<6ppm，顯著低于直拉單晶的12-13ppm，LID和LeTID均低于直拉單晶。不過張淳介紹，鑫單晶的光衰數(shù)據(jù)較多晶相比略差，懷疑主要是鑫單晶峰值燒結(jié)溫度較多晶更高所造成。多晶的LeTID控制已經(jīng)有成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，鑫單晶還需進(jìn)一步優(yōu)化。

而在成本方面，協(xié)鑫方面稱，目前鑄造單晶成本比常規(guī)多晶略高一些，但是比單晶低，未來通過裝料量的逐步提升，以及籽晶回用技術(shù)，可以進(jìn)一步降低鑄造單晶成本，同時(shí)規(guī)?；膽?yīng)用也必然導(dǎo)致成本的大規(guī)模降低。

能耗方面，鑄造單晶每公斤電耗比直拉單晶低20多度，轉(zhuǎn)換成每瓦少耗電0.06度。

設(shè)備方面，目前市場(chǎng)上買不到直接可以用的鑄錠單晶設(shè)備，需要自行改造;對(duì)鑄造單晶晶棒少子壽命和缺陷檢測(cè)需要投入少量新的設(shè)備，主要是增加端面少子壽命檢測(cè)和位錯(cuò)檢測(cè)以及晶花模組。

總結(jié)一下，鑄造單晶是介于傳統(tǒng)多晶與高效單晶之間的產(chǎn)品。但距離用多晶的成本做單晶的效率似乎還有一定差距。

“獨(dú)一家”的鑄造單晶距離大規(guī)模應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?

從目前的消息看，與鑄造單晶相關(guān)的信息幾乎全部來自協(xié)鑫及其盟友。據(jù)光伏們了解，目前試用鑄造單晶產(chǎn)品的廠家并不多，某家電池廠商已即將量產(chǎn)，但產(chǎn)品只供給協(xié)鑫。

有業(yè)內(nèi)人士向光伏們透露，鑄造單晶如果能做好，肯定對(duì)直拉單晶是個(gè)很有優(yōu)勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)在關(guān)鍵是需要得到試樣和電池廠的認(rèn)可。

協(xié)鑫所宣稱，通過爐臺(tái)改造數(shù)量增加、單臺(tái)裝料量提升，不斷快速增加總產(chǎn)能，2019年鑄造單晶全年產(chǎn)能可達(dá)8-10GW。

盡管產(chǎn)能在快速提升，但作為一種還未大規(guī)模應(yīng)用的改良型技術(shù)，是否可以適應(yīng)當(dāng)前快速發(fā)展的光伏行業(yè)，似乎還有待驗(yàn)證。

任何新的事物投入市場(chǎng)都需要一個(gè)過程，那么鑄造單晶如何被市場(chǎng)接受，拭目以待。

原標(biāo)題：鑄造單晶工藝距離大規(guī)模應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？