黑硅對(duì)于多晶來說是一場(chǎng)救贖

　　幾年前阿特斯?jié)穹ê诠瑾?dú)領(lǐng)風(fēng)騷的時(shí)候，或許誰都想不到黑硅會(huì)出現(xiàn)如今的“榮景”。

　　近年來，單晶硅片受益于金剛線切割工藝的推廣，單晶制絨技術(shù)相對(duì)成熟，成本大幅下降。隨著單多晶之爭(zhēng)越演越烈，為持續(xù)以成本優(yōu)勢(shì)穩(wěn)居市場(chǎng)主流地位，多晶硅片轉(zhuǎn)換為金剛線切割來更進(jìn)一步降低成本已到了非做不可的時(shí)機(jī)，但金剛線切割多晶硅片，采用常規(guī)酸制絨無法實(shí)現(xiàn)良好的表面織構(gòu)，甚至無法形成絨面。黑硅技術(shù)可以完美解決多晶制絨問題，既能提升電池效率又能降低電池成本，是多晶電池繼續(xù)進(jìn)步的必由之路；黑硅技術(shù)的成熟又促使采用金剛線切多晶的比例迅速提升，以至于甚至有人說，金剛線和黑硅是孿生兄弟。

　　到目前為止制絨添加劑技術(shù)、干法黑硅技術(shù)（反應(yīng)離子刻蝕法ReactiveIonEtching，RIE）和濕法黑硅技術(shù)（金屬催化化學(xué)腐蝕法metalCatalyzedChemicalEtching，MCCE）等都可以解決金剛線切割的多晶硅片反射率高，制絨困難的問題。多晶黑硅技術(shù)的熱火再起，使得單、多晶的產(chǎn)品路線之爭(zhēng)愈發(fā)激烈：“究竟誰才是明日之王？”

　　黑硅對(duì)于多晶來說，是一場(chǎng)救贖。但這究竟是顛覆性的變革還是延續(xù)生命活力的權(quán)宜之計(jì)？

　　西方先試

　　1997年美國(guó)哈佛大學(xué)的Eric.Mazur等人用飛秒激光脈沖在SF6和Cl2氣體環(huán)境下反復(fù)照射硅片表面時(shí)，產(chǎn)生一種圓錐形的尖峰狀陣列結(jié)構(gòu)。當(dāng)用肉眼觀察時(shí)，具有這種結(jié)構(gòu)的硅片呈現(xiàn)黑色,故叫“黑硅”。

　　2004年，日本京瓷公司引入了干法黑硅RIE多晶制絨技術(shù)。在2008年，以韓國(guó)公司為代表的設(shè)備廠家開始在中國(guó)推廣干法黑硅RIE技術(shù)。

　　濕法黑硅方面，早在2006年，德國(guó)的Stutzmann小組即提出了金屬催化化學(xué)腐蝕的概念并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了初步的研究；直到2009年，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的Branz博士提出了全液相黑硅制備方法，將濕法黑硅技術(shù)朝產(chǎn)業(yè)化方向又推進(jìn)了一步。但是，他們一直未能解決好黑硅表面鈍化難題，使得濕法黑硅技術(shù)一直停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

　　東方“神力”

　　近兩年，基于硅片廠家對(duì)金剛線切片技術(shù)導(dǎo)入的預(yù)期以及電池、組件技術(shù)的快速發(fā)展，干法黑硅RIE技術(shù)又逐漸進(jìn)入行業(yè)視野。干法黑硅目前主要在部分一線電池廠家實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，如晶科、協(xié)鑫集成、中節(jié)能等，仍有繼續(xù)發(fā)展的市場(chǎng)空間。“干法黑硅技術(shù)工藝穩(wěn)定成熟，絨面結(jié)構(gòu)均勻，效率提升最高，但需要新增成本較高的設(shè)備和工序。”業(yè)內(nèi)專家介紹。

　　2016年5月，晶科能源表示，其采用PERC和黑硅技術(shù)的高效多晶電池已進(jìn)入量產(chǎn)階段，未來將量產(chǎn)效率提升至20.5%以上。2016年11月，中節(jié)能太陽能鎮(zhèn)江公司宣布，其采用PERC+RIE黑硅技術(shù)的高效多晶電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，平均轉(zhuǎn)換效率突破20%大關(guān)，多晶組件功率超過285W。2017年4月，比太科技發(fā)布第四代RIE干法黑硅量產(chǎn)設(shè)備Tysol-4000。據(jù)悉，比太科技干法黑硅設(shè)備出貨量已超過1GW。2017年8月，協(xié)鑫集成自主研發(fā)的干法黑硅多晶PERC電池平均量產(chǎn)效率超過20.3%，最高效率達(dá)到20.8%。

　　濕法黑硅技術(shù)新增成本支出相對(duì)較小，可實(shí)現(xiàn)0.3-0.5%的效率提升。但該工藝采用槽式技術(shù)，與現(xiàn)有鏈?zhǔn)郊夹g(shù)兼容性差，而且需要面臨含銀廢酸的處理和地方政府環(huán)保管控問題。濕法黑硅技術(shù)的代表企業(yè)有阿特斯、保利協(xié)鑫、無錫尚德、比亞迪、蘇美達(dá)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年底國(guó)內(nèi)濕法黑硅設(shè)備已經(jīng)超過100臺(tái)，產(chǎn)能超過10吉瓦。

　　阿特斯早在2009年開始濕法黑硅技術(shù)項(xiàng)目調(diào)研立項(xiàng)，2014年成功將該技術(shù)推廣到生產(chǎn)線，在世界上首次實(shí)現(xiàn)濕法黑硅技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。目前，阿特斯量產(chǎn)黑硅電池平均效率超過19%，較常規(guī)多晶電池效率提升0.45%，黑硅組件輸出功率提升4W。2017年底，阿特斯將具備4GW濕法黑硅產(chǎn)能。

　　2017年，蘇美達(dá)輝倫自主《一種多晶硅表面倒金字塔結(jié)構(gòu)及其制備方法》獲得了發(fā)明專利。

　　2017年2月，協(xié)鑫集成多晶濕法黑硅PERC電池開始量產(chǎn)，濕法黑硅PERC電池平均效率已達(dá)到20%，單片最高效率達(dá)到20.5%。2017年將有1.2GW黑硅電池全面投產(chǎn)。

　　2017年3月，中節(jié)能太陽能與德國(guó)RCT光伏科技公司就濕法黑硅技術(shù)簽署合作開發(fā)協(xié)議。2017年6月開始無錫尚德調(diào)研并確定濕法黑硅技術(shù)方案,12月，無錫尚德宣布其自主研發(fā)的濕法黑硅電池成功量產(chǎn)，在提升電池轉(zhuǎn)換效率及組件功率方面均取得了突破性進(jìn)展。

　　硅片企業(yè)為了加速推進(jìn)金剛線切多晶的推廣應(yīng)用，也積極布局并導(dǎo)入黑硅技術(shù)。保利協(xié)鑫于2016年11月發(fā)布了TS系列濕法黑硅片。2017，保利協(xié)鑫重磅發(fā)布TS+系列第二代黑硅片，TS+黑硅片采用保利協(xié)鑫最新一代濕法黑硅技術(shù)，其效率更高、成本更低，更兼容高效多晶PERC技術(shù)。經(jīng)驗(yàn)證，TS+黑硅在上一代黑硅的基礎(chǔ)上，電池效率增益將再提升0.05-0.1個(gè)百分點(diǎn)，總體提升達(dá)0.3至0.4個(gè)百分點(diǎn)。

　　設(shè)備企業(yè)寶馨科技10月公告稱，公司于近日成功研發(fā)“MCCE黑硅制絨設(shè)備”，設(shè)備主要用于金剛線切割出來的多晶硅片的制絨，能生產(chǎn)出具有納米級(jí)黑硅絨面的硅片。目前已在協(xié)鑫集團(tuán)得到成功應(yīng)用。江蘇微導(dǎo)納米裝備科技有限公司推出第2代RIE設(shè)備——WR5400。

　　三劍合璧

　　硅片端降本，金剛線切多晶應(yīng)該是最有效途徑之一。黑硅是隨著金剛線切硅片而重新煥發(fā)生機(jī)的“老技術(shù)”，正是因?yàn)楹诠杓夹g(shù)的成熟給了金剛線切多晶掀起熱浪，席卷全國(guó)的底氣。另外，由于“背鈍化”和“黑硅陷光”又可以“完美”結(jié)合，優(yōu)越的光吸收帶來電流增益，良好的鈍化實(shí)現(xiàn)開壓提升，使得多晶黑硅疊加PERC技術(shù)后可得到額外收益，效率比普通多晶PERC高出0.4%左右，實(shí)現(xiàn)了“1+1>2”的效果，可以說，多晶金剛線切+黑硅+PERC“三劍合璧”效果更強(qiáng)。

　　保利協(xié)鑫金善明在接受采訪時(shí)表示，“切片環(huán)節(jié)主要解決的是降本問題，而配套的黑硅技術(shù)則在降本、提效方面都有提升空間。黑硅制絨之前，普及金剛線切割的多晶硅片已經(jīng)降本0.5-0.8元/片，而且，黑硅制絨后的多晶硅片可以直接上電池線，替代了傳統(tǒng)酸制絨環(huán)節(jié)。濕法黑硅技術(shù)可以融合其他硅片及電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，從根本上提升多晶電池的轉(zhuǎn)換效率，并降低光伏組件成本。黑硅技術(shù)能夠與高效PERC技術(shù)高度匹配，黑硅疊加PERC技術(shù)預(yù)計(jì)可以提效1.2-1.5%，實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的效果。阿特斯王栩生也認(rèn)為，黑硅技術(shù)能夠與高效PERC技術(shù)高度匹配，經(jīng)驗(yàn)證，黑硅+PERC可以提效1.2%-1.5%，實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的效果。

　　上海交通大學(xué)莊宇峰博士說，現(xiàn)在濕法黑硅技術(shù)已經(jīng)完全成熟，而且可在不同晶面上實(shí)現(xiàn)同樣的微、納米絨面，消除晶界，解決電池片的色差問題，基本實(shí)現(xiàn)外觀單晶化，而且結(jié)合PERC工藝，電池性能進(jìn)一步提升。蘇州大學(xué)教授蘇曉東也表示，常規(guī)絨面反射率24%，濕法黑硅絨面反射率16-18%，以20%內(nèi)光電效率計(jì)算，未來提升1.2-1.5%可能性很大。

　　在成本方面，與砂線切+普通電池工藝的單位成本相比，金剛線切多晶+濕法黑硅+PERC的電池制造成本僅為其92.7%，而金剛線切多晶+添加劑制絨+PERC則為其93.5%，而性價(jià)比得到了提升。

　　從產(chǎn)線效果來看，“金剛線+黑硅+PERC”的強(qiáng)力組合拳力促更多的高效多晶產(chǎn)品邁入“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”，產(chǎn)品效率完全可以滿足“超級(jí)領(lǐng)跑者”標(biāo)準(zhǔn)。

　　一場(chǎng)革命

　　一直以來多晶在市場(chǎng)上都占有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其原因歸功于多晶硅片的高性價(jià)比，資料顯示，高效多晶技術(shù)不斷優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)，目前多晶在晶體缺陷方面與單晶的效率差異大幅降低到0.2%左右，就客戶端表現(xiàn)情況來看，單晶與多晶之間并無明顯差別。加之鑄錠產(chǎn)能提升和結(jié)構(gòu)線等技術(shù)對(duì)多晶成本的進(jìn)一步降低，使得多晶能夠保持市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。但近兩年來單晶技術(shù)的發(fā)展使得單晶成本有明顯下降，給多晶造成一定壓力。多晶亟待進(jìn)一步的技術(shù)升級(jí)，才能繼續(xù)以性價(jià)比優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)光伏市場(chǎng)。

　　對(duì)于多晶來說，黑硅的蓬勃再現(xiàn)無疑是一場(chǎng)救贖，更是一場(chǎng)革命。

　　“前幾年，高效多晶技術(shù)的主攻方向是圍繞晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行體材料提效，近一年，則是以黑硅技術(shù)為代表的硅片表面提效。”面對(duì)多晶的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)內(nèi)人士這樣總結(jié)。黑硅技術(shù)的成熟，推動(dòng)金剛線的迅速擴(kuò)張，加上背鈍化技術(shù)的匹配，無疑給多晶注入一針強(qiáng)心劑。

　　多位業(yè)內(nèi)專家都表示，未來五到十年內(nèi)，在包括黑硅技術(shù)的助力下，多晶通過技術(shù)升級(jí)，還將不斷提升轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)電成本，以高性價(jià)比和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將繼續(xù)占領(lǐng)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。