晶硅硅片電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)化的必要性

:摘要

硅片尺寸的微小增加能夠帶來(lái)電池和組件生產(chǎn)線的產(chǎn)出量微小提升，從而降低每瓦生產(chǎn)成本，同時(shí)在不需要改變組件版型尺寸前提下，提升組件功率和轉(zhuǎn)換效率。另外，組件進(jìn)入4.0或5.0時(shí)代，最簡(jiǎn)潔的途徑是增加電池和組件尺寸。許多企業(yè)微調(diào)硅片電池尺寸從而達(dá)到產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，使得目前硅片尺寸出現(xiàn)多種選擇，給產(chǎn)業(yè)鏈上下游配合出現(xiàn)麻煩。增加了產(chǎn)品庫(kù)存。因此急需制定硅片尺寸標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)行業(yè)主要硅片，電池組件企業(yè)近兩年的討論投票，有三個(gè)硅片尺寸被選為行業(yè)推薦使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，分別是156.75mm，158.75mm 和166.00mm。

1.硅片尺寸的由來(lái)，發(fā)展及規(guī)范的必要性

由于光伏硅片材料最早源于半導(dǎo)體單晶，光伏行業(yè)硅片尺寸一直以來(lái)沿用半導(dǎo)體的晶圓尺寸6英寸和8英寸（直徑），對(duì)應(yīng)到硅片邊長(zhǎng)尺寸就是所謂的5寸片（125mm）和6寸片（156mm）。由于電池生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)步和產(chǎn)出量提升的需求，5寸片在光伏產(chǎn)業(yè)鏈中逐步退出。2012年后，除了1-2家特殊電池制造商，125mm硅片就基本被市場(chǎng)淘汰了。

行業(yè)第一次嘗試對(duì)硅片尺寸作微小增加是2015年，單晶硅片制造商將156.00mm的邊長(zhǎng)上調(diào)到156.75mm，并減小單晶硅片的倒角，推出了M2尺寸的硅片。該尺寸標(biāo)準(zhǔn)修正在2017年得到SEMI標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的審核通過(guò)。這樣單多晶硅片邊長(zhǎng)實(shí)際上已經(jīng)開(kāi)始統(tǒng)一到156.75mm這個(gè)尺寸上。多晶硅片國(guó)標(biāo)在2018年的修訂版本中也確定了156.75mm為標(biāo)準(zhǔn)邊長(zhǎng)，并建議未來(lái)的尺寸增加以1mm的倍數(shù)來(lái)變化。

但是，這個(gè)統(tǒng)一的尺寸沒(méi)有持續(xù)太久，行業(yè)有些企業(yè)開(kāi)始再次微調(diào)自己電池的尺寸，追求組件在現(xiàn)有尺寸下盡量高的轉(zhuǎn)換效率和功率輸出，從而符合中國(guó)"領(lǐng)跑者項(xiàng)目"的要求，硅片尺寸在156.75mm標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上出現(xiàn)157.0mm, 157.3mm, 157.5mm, 157.75mm, 158.0mm等等。受到組件功率超400瓦的目標(biāo)以及盡可能少的改造投入，最大程度地利用現(xiàn)有電池及組件生產(chǎn)線來(lái)降低生產(chǎn)成本等驅(qū)動(dòng)，硅片尺寸又出現(xiàn)了158.75mm，161.75mm，166mm等等變化。

硅片及電池的尺寸增大，有利于產(chǎn)業(yè)鏈從硅片到電池，尤其到組件每瓦加工成本的下降，是行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要方向。單片組件功率的提升，甚至是通過(guò)組件尺寸的增加而帶來(lái)的提升，只要市場(chǎng)安裝能夠接受，都是降低度電成本的一個(gè)有效途徑。因而，硅片尺寸的增加是光伏制造的發(fā)展的趨勢(shì)。規(guī)范未來(lái)硅片尺寸，形成全行業(yè)共同采納的標(biāo)準(zhǔn)，成為光伏制造企業(yè)共同的訴求。

目前，行業(yè)存在的硅片尺寸的多樣化給產(chǎn)業(yè)鏈從硅片到電池到到組件造成極大的麻煩，為某家電池特殊尺寸生產(chǎn)的硅片不能流通到其它客戶，極易造成庫(kù)存，造成浪費(fèi)，同樣，有些尺寸的電池不易找到其它買家，造成積壓等等。由于未來(lái)硅片尺寸的不確定性，設(shè)備提供商不能全力開(kāi)發(fā)新一代電池，組件設(shè)備等等。因此，硅片尺寸急需統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化。

自從2017年以來(lái)，保利協(xié)鑫在IEC TC82/WG8的組織架構(gòu)下，組織行業(yè)的主要硅片，電池組件，設(shè)備制造以及測(cè)試單位，一起來(lái)研討和制定應(yīng)用于光伏電池生產(chǎn)用晶體硅片的標(biāo)準(zhǔn)幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)，推薦幾個(gè)基于目前大規(guī)模生產(chǎn)中較為廣泛應(yīng)用的幾種硅片尺寸，并對(duì)未來(lái)硅片尺寸給出預(yù)期指導(dǎo)。這里的晶體硅片包括CZ直拉法拉制的單晶硅片，鑄錠法生長(zhǎng)的多晶硅片和鑄錠單晶硅片。

2.硅片尺寸確立的原則

首先，我們要認(rèn)識(shí)到，不同的硅片尺寸沒(méi)有哪個(gè)對(duì)，哪個(gè)錯(cuò)的問(wèn)題，甚至沒(méi)有一個(gè)比另一個(gè)技術(shù)上更優(yōu)的問(wèn)題。在標(biāo)準(zhǔn)上被推薦采納的尺寸是大部分企業(yè)愿意接受的。為避免太多的爭(zhēng)議，我們確認(rèn)下面一些基本原則：

1）硅片的尺寸規(guī)格要盡量少。在通過(guò)對(duì)現(xiàn)有電池及組件生產(chǎn)設(shè)備作改造能夠接受的硅片尺寸中，盡量確認(rèn)一個(gè)大家接受的尺寸，作為推薦及推廣的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

2）要特別防止在標(biāo)準(zhǔn)尺寸之上的微小變化的不同尺寸，比如增加幅度＜1.0 mm?，F(xiàn)有的許多在156.75mm之上的發(fā)生的許多微小變化都是建立在企業(yè)本身的組件尺寸最大化利用，設(shè)備最小化改造之上的，應(yīng)該盡量避免。

3）對(duì)新的或通過(guò)最大程度改造的電池組件生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備能夠采納的硅片尺寸作規(guī)范建議，并使得規(guī)范推薦的尺寸之間增量盡可能地大，并被組件應(yīng)用端所接受。

4）對(duì)未來(lái)更大硅片尺寸，確認(rèn)一個(gè)最小的增加量，指導(dǎo)未來(lái)技術(shù)發(fā)展時(shí)的新尺寸的確定。

5）對(duì)于準(zhǔn)方形硅片，晶棒直徑不作強(qiáng)行規(guī)定，但給出推薦值。

3.基本確認(rèn)的幾個(gè)規(guī)范尺寸

通過(guò)近兩年的討論修訂，晶硅硅片尺寸的標(biāo)準(zhǔn)草案在今年6月初在上海的IEC TC82/WG8會(huì)議上基本確定，幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題，比如是否保留.75在未來(lái)尺寸上，是否跳過(guò)161.75mm等等，通過(guò)投票，基本形成爭(zhēng)論后的結(jié)果：

1）硅片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，現(xiàn)階段推薦為：156.75mm，158.75mm和166.00mm。其它尺寸為非標(biāo)尺寸，可以由供需雙方協(xié)商采用。

2）在小于166mm尺寸的范圍內(nèi)，規(guī)定硅片尺寸相對(duì)于在156.75mm基礎(chǔ)上的增加量為1mm的倍數(shù)。比如157.75mm，158.75mm，163.75mm等，避免157.0mm，161.5mm等。

3）在大于166mm尺寸范圍內(nèi)，規(guī)定硅片尺寸相對(duì)于在166.00mm基礎(chǔ)上的增加量為1mm的倍數(shù)。比如168.00mm，180.00mm，210.00mm等等，避免168.75mm，171.5mm等。

具體的硅片尺寸分成方形和準(zhǔn)方形，方形硅片示意圖和推薦值分別見(jiàn)圖1和表1，準(zhǔn)方形硅片的示意圖和推薦值分別見(jiàn)圖2和表2。

Figure 1 - Dimensions of Square Silicon Wafers

圖1 方形硅片尺寸示意圖

Table 1 - Recommended Dimensions of Square Silicon Wafers

表1 方形硅片尺寸推薦值

Figure 2 - Dimensions of Pseudo-Square Silicon Wafers

圖2 準(zhǔn)方形硅片尺寸示意圖

Table 2 - Recommended Dimensions of Pseudo-Square Silicon Wafers

表2 準(zhǔn)方形硅片尺寸推薦值

#1： The diameter can be varied, with the recommended values listed in Table2.

表注：直徑值可以變化，表2中為推薦值。

硅片尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化得到行業(yè)主要企業(yè)的積極參與，到目前為止，參與企業(yè)和單位的名單見(jiàn)表3。該標(biāo)準(zhǔn)將于今年10月份在IEC TC82進(jìn)行立項(xiàng)審查。在審查通過(guò)后，該標(biāo)準(zhǔn)草案將在全球范圍內(nèi)得到討論和投票。

表3 標(biāo)準(zhǔn)草案的參與單位名單

作者來(lái)自保利協(xié)鑫能源控股有限公司

原標(biāo)題:晶硅硅片電池尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化