上海交通大學(xué)沈文忠：166 M6大硅片是大勢所趨 薄片化是單晶優(yōu)勢

:“大硅片是大勢所趨，整個行業(yè)能夠協(xié)同發(fā)展166 M6大規(guī)模普及應(yīng)用。薄片化是單晶優(yōu)勢，但是我們現(xiàn)在還沒有用好。技術(shù)快速特別是100微米薄硅片是大家努力的目標(biāo)。我設(shè)想的光伏平價上網(wǎng)應(yīng)該靠這么幾個龍頭，166MM大硅片和100微米薄硅片，基礎(chǔ)是雙面電池和高密度組件，支撐是智能逆變器高超配，包括智能技術(shù)的應(yīng)用?！?/p>

——上海交通大學(xué)太陽能研究所教授、博士生導(dǎo)師 沈文忠

以“變革·創(chuàng)新·突破”為主題，集中展示分布式光伏、儲能、分散式風(fēng)電、新能源汽車及充電樁、工業(yè)園區(qū)綜合用能、氫能、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的新產(chǎn)品和新技術(shù)。由中國貿(mào)促會、江蘇省人民政府主辦的“第十一屆中國（無錫）國際新能源大會暨展覽會”于2019年11月7-9日在無錫太湖國際博覽中心和無錫君來世尊酒店隆重舉行。北極星太陽能光伏網(wǎng)作為戰(zhàn)略合作媒體將對大會進行全程直播。

上海交通大學(xué)太陽能研究所教授、博士生導(dǎo)師 沈文忠

沈文忠：

非常高興有這個機會到無錫跟大家交流，我想講一個最近一年當(dāng)中比較熱門的話題就是晶硅尺寸的變化，當(dāng)然尺寸的變化是大小和厚度將這么一個話題引出從我們專業(yè)角度來看電池技術(shù)的發(fā)展，因為我們知道電池技術(shù)是我們光伏行業(yè)永恒的主題。

我來自上海交通大學(xué)太陽能研究所。我想大家應(yīng)該也了解過去這么幾十年來我們晶硅電池一直是市場的主流，應(yīng)該是市場份額大概是95%以上，95%甚至更高的比例份額，未來十年按照現(xiàn)在的發(fā)展態(tài)勢講起來我想晶硅電池應(yīng)該還是有持續(xù)的生命力。一個好的光伏產(chǎn)品要符合三個條件，我們現(xiàn)在看到很多網(wǎng)上新聞講某一個性能的好處，但是一個好的產(chǎn)品要經(jīng)過時間的檢驗一定電池效率要2四以上，電子成本要做到25美分以下甚至更低，系統(tǒng)穩(wěn)定性要超過25年甚至更長時間，我們晶硅做到這一點。

所以中國的光伏產(chǎn)業(yè)剛才上午的報告大家致辭當(dāng)中也知道，我們光伏產(chǎn)業(yè)非常強大，除了硅料和應(yīng)用端大概占世界份額50%以外其他都是遙遙領(lǐng)先，而且我們中國企業(yè)參與的報價非常有競爭力。未來三年有人預(yù)測在中東地區(qū)將低于美分的每度電出現(xiàn)，光伏是世界上最便宜的能源沒有之一，所以未來為什么有持續(xù)的競爭力就是因為這個原因。

我們可以看到在技術(shù)進步當(dāng)中我們晶硅電池做了非常大的努力，特別是中國的光伏企業(yè)，世界記錄列表當(dāng)中都給出中國的企業(yè)在主流PERC電池當(dāng)中可以達到24%的效率。今年的8月份兩大著名的企業(yè)隆基和天合開的論壇，都講了硅片尺寸的變化，希望進一步降低成本，類似于我們國家明年要實現(xiàn)的平價上網(wǎng)的政策。另外可以看到這是給出了一張示意圖，硅片尺寸大小的變化左右了最近這二三十年價格的下降。

所以我今天要講的第一是從半導(dǎo)體級硅片尺寸變化趨勢看太陽能級硅片大小發(fā)展，第二從硅太陽電池技術(shù)變化趨勢來看太陽能級硅片除了尺寸還有厚度方面的變化情況，也就是薄片變化情況。

過去四十年一直圍繞著摩爾定律在發(fā)展，現(xiàn)在也有人在說摩爾定律是不是過期了，但是現(xiàn)在還是沒有明顯看到可以替代硅集成電路技術(shù)出現(xiàn)。目前芯片上的光刻線度達到7納米，如果大家手上用手機無論是華為最新手機還是蘋果最新手機都用的7納米的工藝，上面的經(jīng)濟管數(shù)目是65億個，我們國家現(xiàn)在在分離的追趕，但是我們國家的平均水平還是停留在28納米左右，剛剛開始，所以有非常大的發(fā)展空間。從這個技術(shù)上來講我們看無論是太陽級硅還是半導(dǎo)體級硅都用了改良西門子法，用多晶硅原料，直拉法或者區(qū)熔法來做，太陽能級硅有6到7個9，半導(dǎo)體級硅達到9個9甚至更高的高度。半導(dǎo)體級硅可以看到從6英寸、8英寸、12英寸、18英寸，現(xiàn)在我們知道現(xiàn)在投資的熱點是12英寸，其實12英寸在國際上成為比較主流的產(chǎn)品，2022年份額要達到峰值，我們國家現(xiàn)在才剛開始投12英寸的，我們主要是在8英寸的硅片上，這個差距比較大的。經(jīng)過十多年的發(fā)展是不是下面是18英寸，我們看18英寸國際上到目前為止中國十多年的發(fā)展是一個沒有解決的課題。尺寸的應(yīng)用能不能規(guī)?；瘧?yīng)用要整個尺寸的配套，包括人才、技術(shù)、設(shè)備供應(yīng)廠商等等要全方面配套才可以把產(chǎn)品引入成熟的市場。這方面的經(jīng)驗和教訓(xùn)我們太陽能能級硅片是應(yīng)該有所考慮和思考的。

這幾年光伏產(chǎn)品發(fā)生巨大的變化，2012年到2015年最大的變化從5寸變到了6寸，但是面積增加了50%以上，我們現(xiàn)在都是用通量計算的，增加50%硅片的尺度相當(dāng)于增加50%的電子和儲件的產(chǎn)能，但是2015年有小的變化，我們中國的技術(shù)人員和企業(yè)家非常厲害，做了一些小的變化，目的是為了增加2%、3%這么一個比例，從M0變到M1變到M2，現(xiàn)在也是主流的產(chǎn)品從125.75增加到158.75。我列的這么多數(shù)據(jù)對規(guī)范都是存在的，對規(guī)范不是太有利的。

現(xiàn)在有兩種路線在行業(yè)當(dāng)中，一個我們認(rèn)為是微調(diào)配，把原來微角的變成微調(diào)158.75，革新派硅片編劇提升到了166mm，M6增加的幅度相對比較大，對于72的組件功率可以達到390到400瓦，如果是166可以達到435瓦等等，而且這兩種規(guī)格硅邦直徑都是233的。國際IEC TC82當(dāng)中有一個草案但是沒有完全定論，現(xiàn)在推進的是156.75、158.75和166，要增加有兩個方案，166是0.75毫米這么一個增加，避免使用157.0或者是161.5等等，超過166以后以一個毫米的幅度來增加，因為硅片尺寸多樣化其實是對我們整個行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈造成的極大的麻煩，其實有些規(guī)格特別是設(shè)計院設(shè)計好了以后變化還是非常困難的，標(biāo)準(zhǔn)化也是非常重要的一個步驟。這個是硅片尺寸標(biāo)準(zhǔn)化給出的推薦值，網(wǎng)上都有相關(guān)的數(shù)據(jù)。

從今年6月份上海展會可以看到國際上前七大公司所采用的技術(shù)方案，以158.75%方角為主流，以隆基為代表的166，166也是快速發(fā)展的市場，大硅片的尺寸是大勢所趨。所以第一個結(jié)論是大硅片是大勢所趨，特別是到166以后所有的從拉晶和切片只要進行改造就可以進行很好的升級。增加12%硅片的尺度就可以增加12%的電池和組件的產(chǎn)能，可以比OS的成本可以有很好的提升。河北能源研究院測算可以在中國三各地區(qū)每瓦八分錢，這是一個比較大的提升。

整個行業(yè)可以通過改進實現(xiàn)166的生產(chǎn)，所以166是合作共贏的尺寸，希望整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。所以我們認(rèn)為考慮到中國大概有130GW以上的電池和組件的產(chǎn)能，所以166在比較長時間內(nèi)會成為標(biāo)準(zhǔn)的上限。

今天展會大家看到發(fā)布了M12，又增加了61%的尺寸，那個通量是巨大的，也會創(chuàng)造更多的收益。但是它的難點還是非常多的，我這里列了一些，這里不是技術(shù)論壇就不展開了，制造難度非常大，而且有一點這個技術(shù)的推廣需要產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。166大尺寸或者210是新生事物，所以我隨便列了幾個問題，大家可以拍照討論考慮到底我們推廣到尺寸硅片現(xiàn)在最大的降本優(yōu)勢和解決的問題，包括主流應(yīng)用最大的挑戰(zhàn)是什么。

第二方面電池技術(shù)來看薄片化的發(fā)展。我們通過二十年的努力主流現(xiàn)在是PERC電池，這不是最終的目標(biāo)，我們從技術(shù)角度上講有技術(shù)鈍化，未來的目標(biāo)會實現(xiàn)26%以上的效率，達到晶硅電池的極限。為什么主流的電池廠商對PERC非常感興趣，現(xiàn)在就有五六年的歷史。我們把電池的鈍化技術(shù)武裝到了牙齒，所以獲得了25%乃至26%的電池效率，而且PERC的節(jié)奏可以承受高溫的過程，這個聽起來有點費盡心思，我們現(xiàn)有的以PERC電池為主的工藝都是高溫工藝，所以高溫工藝的升級對于企業(yè)的改動更小一些，而且低溫的工藝技術(shù)技能方面很好但是要億字級這樣的可能還要一定時間的培養(yǎng)。

關(guān)于低溫工藝我們知道市場上現(xiàn)在也是非常熱門討論的話題，量產(chǎn)效率達到23%是非常可以實現(xiàn)的，而且容易實現(xiàn)的，這個技術(shù)有二十年的歷史，我跟我的一個博士在2014年通過一個課題我們就寫了一本講異質(zhì)結(jié)電池的進步，經(jīng)過這五年的發(fā)展技術(shù)進步很快。

希望能夠做集成電池，大家知道鈣鈦礦也是非常熱門的話題，晶硅只能跟異質(zhì)結(jié)電池因為共用了透明導(dǎo)電膜。歐洲有一家公司走在前面，通過異質(zhì)結(jié)的認(rèn)證達到了28%的效率，很多的風(fēng)投包括中國的金風(fēng)科技都在投，但是真正的產(chǎn)業(yè)化還是要靠中國實現(xiàn)。

從七十年代大概500微米的厚度到現(xiàn)在目前的160到180微米的厚度，這個變化挺快的挺大的，但是話說回來我們過去的二十年我們規(guī)?；a(chǎn)以來我們硅片的厚度一直保留在160到180，也就是過去的二十年硅片厚度減薄的進程是非常緩慢的，但是硅片的薄片化對于組件的價格是有立竿見影降本效果，我們測算一下如果硅片每降低20個微米對應(yīng)的組件價格可以降低5到6分錢，整個行業(yè)未來增加到166才降低了8分錢每瓦，但是單層硅片厚度的減薄減薄20微米減薄10%就可以省五到六分錢，應(yīng)該有很好的發(fā)展空間，但是因為碎片化的影響薄片化的進展是停滯的，行業(yè)預(yù)測對于多晶未來五年沒有變化，對于單晶也是從180變到160，稍微保守了一些但是也是無奈的選擇。我們在推下一步的技術(shù)能不能做得更薄做到100微米，對于硅片而言100微米硅片有幾大好處，一個是硅材料用的少了，我們知道硅是用重量來賣的，第二是電壓反而做的更高，還有對硅質(zhì)量的要求反而可以降低，甚至可以做柔性的，這次展會也有柔性產(chǎn)品。最大的缺點是什么？硅是間接半導(dǎo)體吸收是不是夠，光管理是非常重要的。

這是類似的沒有破格給出的技術(shù)，改到100微米可以看到結(jié)果，開路電壓短路電流總體上電池效率沒有降低也能保持原來的幅度，硅片厚度的減薄我們做異質(zhì)結(jié)電池用薄片化非常有利的。硅片減薄哪怕到30微米也不是問題。

硅片減薄對于電流是可以保證的，開路電壓是不是可以保證？把100微米的硅片減薄到50微米，開路電壓非但不降低而增加，這是好的產(chǎn)品原理基礎(chǔ)在。

我們從光吸收角度來講硅是間接半導(dǎo)體，理論上100微米可以吸收大部分太陽光，50到80微米是電池效率的最高點，但是行業(yè)都沒有用。通過陷光措施30微米也可以幾乎全部吸收太陽光，45微米的硅片是非常柔的，現(xiàn)在160到180微米的硅片是最容易碎的，只要硅片減薄是非常容易能做到的事情。薄片化也是單晶硅的最大優(yōu)勢，前幾年單晶跟多晶競爭是非常白熱化的，其實單晶的優(yōu)勢并沒有用出來。我們想是不是可以下面做更深入的降本措施就是薄片化。除了異質(zhì)結(jié)可以做薄片化，毋庸置疑的，我們講雙面的PERC電池也使薄片化成為可能。

我們講一下雙面電池，雙面電池越來越重視了，從2015年開始PERC可以做雙面電池以來，雙面電池的主流技術(shù)以來已經(jīng)從原來的HJT轉(zhuǎn)移到PERC電池上來了。這是所謂的PERC也是非常不錯的技術(shù)。

PERC電池的好處是什么？我可以用薄片，雙面電池可以做到100微米甚至更薄。生產(chǎn)輔料也少，雙面電池背面用的鋁三線，單面用的是鋁金，還有一些雙面電池還有一個好處兩面都透明的，可以發(fā)電的，所以溫度會相對第一個3到5度跟單面電池相比，晶硅電池維度系數(shù)是0.42%，差了3到5度是差不多降了1%到2%左右，這是非?？捎^的。

不同的場景可能有不同的情況，一般是增加10%到30%，這是行業(yè)當(dāng)中公認(rèn)的。特別有一點是這個顯示雖然輻照強度降低，雙面電池發(fā)電量優(yōu)勢更加明顯，告訴我們特別是黃昏傍晚的時候雙面電池發(fā)電要比單面電池更加好一些。

日本的雙面電池發(fā)電已經(jīng)有好幾年的歷史，這是日本給出的數(shù)據(jù)。從2013年12月份到2016年4月份發(fā)電量可以增加25%。我們行業(yè)內(nèi)的規(guī)矩?zé)o論是電池還是組件雙面電池都是按照單面計價的，雙面是奉送的。這是對于業(yè)主來講沒有爭議?，F(xiàn)在沒有人否認(rèn)雙面電池的重要性，再過十年可以看到無錫這個活動到二十屆的時候我們可以看一下雙面電池是不是主流的產(chǎn)品。

所以我們討論的結(jié)論是大硅片是大勢所趨，整個行業(yè)能夠協(xié)同發(fā)展166 M6大規(guī)模普及應(yīng)用。薄片化是單晶優(yōu)勢，但是我們現(xiàn)在還沒有用好。技術(shù)快速特別是100微米薄硅片是大家努力的目標(biāo)。我設(shè)想的光伏平價上網(wǎng)應(yīng)該靠這么幾個龍頭，166MM大硅片和100微米薄硅片，基礎(chǔ)是雙面電池和高密度組件，支撐是智能逆變器高超配，包括智能技術(shù)的應(yīng)用。

我這十年一直在主持CSPV會議，我們?nèi)ツ暝诼』e辦的，大概是1千人左右的規(guī)模，是純技術(shù)的交流會，下兩個禮拜以后我們在上海會舉辦這么CSPV的我們已經(jīng)做了十五個年頭了，我們官網(wǎng)我們發(fā)布了初步議程，有三百個左右的報告，絕大部分的行業(yè)當(dāng)中主流企業(yè)都回來參加，我們是非常討論技術(shù)細(xì)節(jié)的會議。

謝謝大家。

（發(fā)言根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）