C-Si太陽能制造商詳解降低成本的方法

到2020年，除了繼續(xù)大幅度降低成本外——按照經(jīng)典的學(xué)習(xí)曲線，大概每十年成本需要降低約50%——太陽能在整個(gè)可再生能源市場的份額也要從目前的10%提升到40%。 Dick Swanson，SunPower Corp.的創(chuàng)始人、總裁兼CTO。 在舊金山舉行的Intersolar North America上，Swanson為“晶體硅（c-Si）制造中的挑戰(zhàn)”分會(huì)做了主題演講，在這一分會(huì)上，來自太陽能價(jià)值鏈上游部分的發(fā)言人就如何降低成本進(jìn)行了討論。

降低成本的手段有很多，像提高生產(chǎn)規(guī)模、改善制造流程、可以使行業(yè)受益的公共政策，以及已經(jīng)相當(dāng)有效的財(cái)政機(jī)制，Swanson認(rèn)為，“至少到目前該機(jī)制運(yùn)行得都很不錯(cuò)。”成本的降低則帶動(dòng)了需求的指數(shù)式增長和對(duì)新PV應(yīng)用的開發(fā)，這又會(huì)繼續(xù)拉動(dòng)市場需求以及提高生產(chǎn)規(guī)模，其結(jié)果是更多的研發(fā)資金投入并進(jìn)入新的成本降低循環(huán)。 與價(jià)值鏈上的其他環(huán)節(jié)類似，多晶硅制造商也在通過改善制造流程來降低成本，并且在很多方面都取得了成功。除了致力于能最小程度地使用多晶硅的薄膜硅太陽能技術(shù)外，在標(biāo)準(zhǔn)的c-Si領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)了多種創(chuàng)新性的方法可以降低生產(chǎn)成本。 隨后一項(xiàng)技術(shù)被詳細(xì)地作了介紹，它就是采用精煉的冶金級(jí)硅（UMG Si），這種硅材料比多晶硅的金屬雜質(zhì)含量高（實(shí)際上高三個(gè)數(shù)量級(jí)），而且比標(biāo)準(zhǔn)的冶金級(jí)（MG）硅更加純凈。

“太陽能產(chǎn)業(yè)一直以來都依賴于高純度多晶硅，”CaliSolar（加州，Sunnyvale）的CEO Roy Johnson這樣介紹，而他們公司則在太陽能電池中使用UMG Si。“通常的觀點(diǎn)是低純度的硅會(huì)導(dǎo)致效率的降低。”但據(jù)他介紹，雖然CaliSolar雖然采用100%的UMG Si（有些制造商采用UMG Si/多晶硅混合的做法），但其效率卻高于15%。 Johnson指出，在過去幾年里，多晶硅的短缺和由此引發(fā)的高價(jià)格使得業(yè)界尤其關(guān)注硅的價(jià)格，而MG Si供應(yīng)商則看到了這樣的商機(jī)，如果把一些材料轉(zhuǎn)變成UMG Si，那么就可以獲得非常好的市場和利潤。即便多晶硅的價(jià)格有所降低，他仍然相信市場上會(huì)有UMG Si的一席之地。 Evergreen Solar（馬薩諸塞州，Marlboro）采用條帶硅片——一種在兩條高溫?zé)艚z之間生長條帶狀硅片材料的技術(shù)——可以成本降低，同時(shí)也降低了傳統(tǒng)硅錠生長和硅片切割時(shí)對(duì)硅材料的浪費(fèi)。

Evergreen Solar主管戰(zhàn)略和商務(wù)開發(fā)的副總裁Richard Chleboski介紹，即便硅的價(jià)格有所降低，但條帶技術(shù)仍然可以保持對(duì)c-Si的絕對(duì)成本優(yōu)勢。 但像SunPower這樣的傳統(tǒng)的c-Si太陽能電池制造商占據(jù)著至少80%的太陽能市場，并且多晶硅供應(yīng)商除了按照經(jīng)濟(jì)情況調(diào)整價(jià)格外，還在持續(xù)努力降低硅材料的成本。今年多晶硅價(jià)格跳水的一個(gè)原因就是供應(yīng)和需求的巨大落差。

從2004年開始，多晶硅供應(yīng)商已經(jīng)看到了太陽能產(chǎn)業(yè)需求的增長，并且電池制造商無法獲得足夠的硅材料，這導(dǎo)致在2008年多晶硅價(jià)格的騰空而起，之后很多企業(yè)轉(zhuǎn)型進(jìn)入多晶硅的生產(chǎn)，同時(shí)原有企業(yè)的產(chǎn)能也急速擴(kuò)張，這都造成了今年多晶硅價(jià)格的跌落。 “現(xiàn)在還有數(shù)量巨大的多晶硅產(chǎn)能會(huì)接踵而至，”領(lǐng)先的多晶硅供應(yīng)商Hemlock Semiconductor Group（密歇根州，Hemlock）的副總裁兼市場與銷售主管Gary Homan這樣介紹?；贖emlock自身對(duì)市場的分析，該公司預(yù)測今年的多晶硅產(chǎn)能將突破10萬噸大關(guān)，而到2014年幾乎會(huì)達(dá)到27萬噸。就像Homan的評(píng)價(jià)那樣，“我們的工作保證了基于晶體硅的PV技術(shù)仍然是太陽能行業(yè)的最佳選擇。” 但Homan也警告說，整個(gè)行業(yè)必須注意，不能讓多晶硅的價(jià)格過低，否則將會(huì)導(dǎo)致再投資的止步，那樣整個(gè)行業(yè)又將會(huì)回到供應(yīng)短缺的老路上。 對(duì)供應(yīng)鏈上游部分的關(guān)注只是關(guān)于如何降低c-Si太陽能電池成本的討論的一部分。

SVTC Solar（San Jose）負(fù)責(zé)商務(wù)開發(fā)的主管Moderator Steve Empedocles談到了太陽能制造的早期階段，“很多人員都認(rèn)為，這只是令人激動(dòng)的科學(xué)計(jì)劃，但永遠(yuǎn)也無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。” SunPower成立于1985年，主要基于在斯坦福大學(xué)開發(fā)的太陽能技術(shù)，作為向軍用領(lǐng)域提供極高效率、極高價(jià)格（大約每瓦200美元）太陽能電池技術(shù)的專門供應(yīng)商，已經(jīng)獲得了廣泛的聲譽(yù)。但該公司在2002年合并Cypress Semiconductor之后卻遭遇到了融合危機(jī)，Swanson這樣介紹，后者主要是將半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的專門知識(shí)應(yīng)用到如何降低成本上。Swanson指出，Cypress的CEO T.J. Rodgers曾說過，PV產(chǎn)業(yè)最終會(huì)變成一場制造的競爭，而且具有最佳制造技術(shù)的公司將成為市場的領(lǐng)頭羊。 Swanson在他的主題演講中，詳細(xì)介紹了一些還需要改進(jìn)的技術(shù)和制造領(lǐng)域。

他說，其中一個(gè)使情況變得非常錯(cuò)綜復(fù)雜的問題是技術(shù)選擇的可能性太多，因此很多方向都在并行前進(jìn)——每個(gè)方向都有其獨(dú)特的整套設(shè)備和需求。“從設(shè)備的角度來看，這不是一個(gè)產(chǎn)業(yè)，而是五個(gè)。” 在硅片階段，業(yè)界正在轉(zhuǎn)向采用更薄的硅片和更細(xì)的線鋸切割線，這樣可以降低硅材料的消耗，同時(shí)也開始使用新的漿料，使得硅更容易從中回收利用。但這些工序需要更可靠的清潔手段，Swanson介紹說，并且需要相應(yīng)的測量方法來檢查硅片的清潔程度。 電池的生產(chǎn)需要將成本降低50%，Swanson繼續(xù)介紹，這需要提高自動(dòng)化程度。“

我們確實(shí)需要更穩(wěn)定的整套設(shè)備，”他補(bǔ)充說，并指出，目前太陽能工業(yè)所面臨的問題與上世紀(jì)七十年代早期的IC工業(yè)非常類似。 他還說，物流問題也不可小視。目前PV工業(yè)每年在運(yùn)輸方面的花費(fèi)是5億美元。如果該產(chǎn)業(yè)發(fā)展到500 GW的程度，那么運(yùn)輸?shù)某杀緦⑸仙郊s4千億美元——這會(huì)是目前DHL全球運(yùn)輸銷售額的一半。