史上最全铸锭单晶工艺进阶史
2019-10-05
2019年3月8日，由江苏省光伏产业协会主办的“2019高效多晶及光伏先进技术和产品研讨会”在江苏省苏州市隆重举行。协鑫集成首席技术官张淳博士作《高效多晶、铸造单晶电池及组件技术应用》主旨报告，分享了铸锭单晶技术在三个阶段中不断进阶突破的历程。
张淳博士主要观点认为：
多晶黑硅PERC 目前量产平均效率可达到21%， 对应60片组件功率300W+。
鑫单晶PERC目前量产平均效率可达到21.87%， 对应72片组件功率370W+。
2019 多晶PERC量产平均效率 21.5%，鑫单晶PERC量产平均效率 22.3%。
多晶PERC的LeTID控制已有产业化技术，鑫单晶需进一步优化。
以下为现场速记整理内容
下午好！我今天跟各位汇报的主题是“高效多晶以及铸造单晶的电池和组件的技术应用”。内容主要分为三个部分：第一是多晶黑硅PERC电池；第二是鑫单晶，也就是铸锭单晶PERC在协鑫集成的进展；第三是多晶和鑫单晶LeTID在工业上的情况。
首先我的汇报从真正的高效多晶开始，目前，在协鑫集成，在技术工艺同仁的共同努力下，基于保利协鑫的高效多晶硅片，我们多晶黑硅PERC电池量产效率可以达到21%的平均水平。
这是我们目前最新的国家科技部重大专项，协鑫集成牵头的高效多晶的产业化技术以及其他一家知名企业牵头的N型多晶项目，这两个项目已经处于最终的阶段，同时阿特斯也是这两个项目重要的合作伙伴。
大家可以看到，三年之后，我们在高效多晶的目标是做到22%的平均量产水平。说完高效多晶的情况，可以进入到今天的主要话题，鑫单晶在协鑫集成目前的发展情况。
鑫单晶主要想介绍三个层面：电池、组件以及光衰进展情况。我们可以看到在第一个阶段大概170万片的结果，最开始采用了5BB的工艺，平均效率在21.2%到21.3%左右，同时组件档位功率应该是在305瓦左右的水平。在这样一个鑫单晶的概念上，我们叠加了多主栅，这样的工艺是可以做到接近22%的水平。
大家可以看到，鑫单晶要真正达到量产，主要有五个问题：第一是成本，第二是拖尾，第三是外观的问题，第四个是LeTID，最后是三类片的质量问题。左边这个图灰色的框框，可以看到拖尾的问题影响平均效率。同时可以看到，包括研发的平均量产效率可以做到22%的水平。
鑫单晶基本上是采用单晶高效电池的工艺，但三类片采用湿法黑硅工艺可以比较完美解决表面的外观问题。可以看到，目前三类片的效率不到21%，这只是第一阶段的结果，2019年三类片的平均效率也可以到21%。
再看一下EL的问题，第一阶段红色的圆圈一些缺陷造成了效率偏低的情况，但是这些没问题，我们通过第二、第三阶段可以看到比较明显的改善。
第一阶段在硅片端采取了一些主要的改进措施。大家可以看到第二阶段投入的量增加到300万片以上，同时电池工艺上主要采用多主栅来替代第一阶段5BB的工艺。同时在硅片端，通过自动分选等一些工艺改善，在第二阶段后期平均的效率可以达到21.8%的量产效率，采取的主要措施在硅片端，一个是分选，一个是工艺。
再来看自动分选，刚才很明显灰色主档位的效率基本上接近21.8%、21.9%这样的平均效率，往右边偏移。通过硅片质量的改善，平均效率基本上到21.9%这样的水平。
同时通过第一、第二阶段百万片的生产，在产线工艺控制上，平均良率在第一、第二阶段已经达到95%的平均水平。同时最关键的是，鑫单晶生产过程中，晶花比例在逐渐的下降。在鑫单晶硅片质量得到保证的前提下，进行工艺的改善就是事半功倍的效果。大家可以看到在鑫单晶这样一个多主栅结合高阻密栅工艺改善，目前鑫单晶还没有引入在直拉单晶上使用的SE工艺，仅是多主栅结合高阻密栅，9千片试验结果来看，平均效率到了21.95%。
根据第二阶段成果的改善，我们在第三阶段就可以看到比较明显的效果。在第三阶段，通过700万片电池的生产情况，可以看到产线平均的在右边，平均效率基本上在21.9%左右上下波动，在硅片质量保证前提下，我们的生产工艺能够稳定的改善，在目前情况下，可以做到21.9%左右的量产平均水平。
EL和前期的比较，到了第三阶段，目前最主要鑫单晶的五个问题，就是EL降级比例大概是2%点几，主要就是有个分界线，红色比较规整的分界线，这是目前EL不良最大的比例。前期有所谓的绒丝这样的比例，在目前的鑫单晶生产中比例已经非常小了，比例已经到0.05%，严重不合格绒丝的比例非常小。通过EL结果可以判断目前鑫单晶硅片的质量已经提到一个新的高度。
硅片质量有保证的话，在电池工艺稳定生产情况下，可以看到组件结果，主档位370W以上的比例在70%以上。这个也是我们后续持续改进的一个方向，也同样说明鑫单晶有很大的潜力，最终能够跟直拉单晶PK。
在2019年整年的计划里面，我们有信心鑫单晶电池平均效率会占上21.8%的关口，这样就有底气和直拉单晶进行正面的PK。路线图主要是两方面：第一方面是硅片进一步优化，第二方面是电池工艺进一步改善。目前鑫单晶我们还没有导入直拉单晶普遍的SE工艺，鑫单晶导入SE工艺以及进一步优化，到22.2%，22.3%这个是比较容易实现的目标。
最后看一下看一下多晶、鑫单晶LeTID的结果，上午几位专家都讲述了很不错的研究结果，我们可以看一下光衰的结果。
光衰处理，很明显的光衰衰减情况，在400小时以后就已经衰减很厉害了。上面两根，一根红线，一根绿线虚线的情况下是高效多晶衰减情况，经过1000小时，一千瓦的光照幅度，75度的基础下，可以控制在2%以内的光衰水平。同时，鑫单晶的光衰在同样条件下，是控制在2.5%以内。这里想强调的一点，鑫单晶的光衰条件和高效多晶的光衰条件不一样，我们在工艺上可能是温度更高一点，这个会最终影响光衰的情况。
不管怎么说，大家知道电池的光衰是在一个开路电压状态下来测试的，这种情况下，相比于组件高功率点一个光衰测试，它的衰减是最大的。这样的测试条件，在组件端测试下是更容易通过的，在电池端是最严苛的，能通过的话后续组件的长期表现是没有问题的。鑫单晶室外首年衰减比例的标准，协鑫可以完全满足。
总结一下，目前协鑫集成在多晶黑硅平均量产效率达到21%，60片组件功率超过300瓦，鑫单晶目前是平均效率是21.8%-21.9%，对应72片组件功率在370瓦以上。同时今年多晶PERC黑硅量产目标在21.5%的水平，鑫单晶可以达到22.2%-22.3%的水平。同时多晶PERC光衰有比较成熟的产业化手段。鑫单晶在这个基础上进一步优化，也可以完全达到后续的标准。谢谢各位！
张淳博士主要观点认为：
多晶黑硅PERC 目前量产平均效率可达到21%， 对应60片组件功率300W+。
鑫单晶PERC目前量产平均效率可达到21.87%， 对应72片组件功率370W+。
2019 多晶PERC量产平均效率 21.5%，鑫单晶PERC量产平均效率 22.3%。
多晶PERC的LeTID控制已有产业化技术，鑫单晶需进一步优化。
以下为现场速记整理内容
下午好！我今天跟各位汇报的主题是“高效多晶以及铸造单晶的电池和组件的技术应用”。内容主要分为三个部分：第一是多晶黑硅PERC电池；第二是鑫单晶，也就是铸锭单晶PERC在协鑫集成的进展；第三是多晶和鑫单晶LeTID在工业上的情况。
首先我的汇报从真正的高效多晶开始，目前，在协鑫集成，在技术工艺同仁的共同努力下，基于保利协鑫的高效多晶硅片，我们多晶黑硅PERC电池量产效率可以达到21%的平均水平。
这是我们目前最新的国家科技部重大专项，协鑫集成牵头的高效多晶的产业化技术以及其他一家知名企业牵头的N型多晶项目，这两个项目已经处于最终的阶段，同时阿特斯也是这两个项目重要的合作伙伴。
大家可以看到，三年之后，我们在高效多晶的目标是做到22%的平均量产水平。说完高效多晶的情况，可以进入到今天的主要话题，鑫单晶在协鑫集成目前的发展情况。
鑫单晶主要想介绍三个层面：电池、组件以及光衰进展情况。我们可以看到在第一个阶段大概170万片的结果，最开始采用了5BB的工艺，平均效率在21.2%到21.3%左右，同时组件档位功率应该是在305瓦左右的水平。在这样一个鑫单晶的概念上，我们叠加了多主栅，这样的工艺是可以做到接近22%的水平。
大家可以看到，鑫单晶要真正达到量产，主要有五个问题：第一是成本，第二是拖尾，第三是外观的问题，第四个是LeTID，最后是三类片的质量问题。左边这个图灰色的框框，可以看到拖尾的问题影响平均效率。同时可以看到，包括研发的平均量产效率可以做到22%的水平。
鑫单晶基本上是采用单晶高效电池的工艺，但三类片采用湿法黑硅工艺可以比较完美解决表面的外观问题。可以看到，目前三类片的效率不到21%，这只是第一阶段的结果，2019年三类片的平均效率也可以到21%。
再看一下EL的问题，第一阶段红色的圆圈一些缺陷造成了效率偏低的情况，但是这些没问题，我们通过第二、第三阶段可以看到比较明显的改善。
第一阶段在硅片端采取了一些主要的改进措施。大家可以看到第二阶段投入的量增加到300万片以上，同时电池工艺上主要采用多主栅来替代第一阶段5BB的工艺。同时在硅片端，通过自动分选等一些工艺改善，在第二阶段后期平均的效率可以达到21.8%的量产效率，采取的主要措施在硅片端，一个是分选，一个是工艺。
再来看自动分选，刚才很明显灰色主档位的效率基本上接近21.8%、21.9%这样的平均效率，往右边偏移。通过硅片质量的改善，平均效率基本上到21.9%这样的水平。
同时通过第一、第二阶段百万片的生产，在产线工艺控制上，平均良率在第一、第二阶段已经达到95%的平均水平。同时最关键的是，鑫单晶生产过程中，晶花比例在逐渐的下降。在鑫单晶硅片质量得到保证的前提下，进行工艺的改善就是事半功倍的效果。大家可以看到在鑫单晶这样一个多主栅结合高阻密栅工艺改善，目前鑫单晶还没有引入在直拉单晶上使用的SE工艺，仅是多主栅结合高阻密栅，9千片试验结果来看，平均效率到了21.95%。
根据第二阶段成果的改善，我们在第三阶段就可以看到比较明显的效果。在第三阶段，通过700万片电池的生产情况，可以看到产线平均的在右边，平均效率基本上在21.9%左右上下波动，在硅片质量保证前提下，我们的生产工艺能够稳定的改善，在目前情况下，可以做到21.9%左右的量产平均水平。
EL和前期的比较，到了第三阶段，目前最主要鑫单晶的五个问题，就是EL降级比例大概是2%点几，主要就是有个分界线，红色比较规整的分界线，这是目前EL不良最大的比例。前期有所谓的绒丝这样的比例，在目前的鑫单晶生产中比例已经非常小了，比例已经到0.05%，严重不合格绒丝的比例非常小。通过EL结果可以判断目前鑫单晶硅片的质量已经提到一个新的高度。
硅片质量有保证的话，在电池工艺稳定生产情况下，可以看到组件结果，主档位370W以上的比例在70%以上。这个也是我们后续持续改进的一个方向，也同样说明鑫单晶有很大的潜力，最终能够跟直拉单晶PK。
在2019年整年的计划里面，我们有信心鑫单晶电池平均效率会占上21.8%的关口，这样就有底气和直拉单晶进行正面的PK。路线图主要是两方面：第一方面是硅片进一步优化，第二方面是电池工艺进一步改善。目前鑫单晶我们还没有导入直拉单晶普遍的SE工艺，鑫单晶导入SE工艺以及进一步优化，到22.2%，22.3%这个是比较容易实现的目标。
最后看一下看一下多晶、鑫单晶LeTID的结果，上午几位专家都讲述了很不错的研究结果，我们可以看一下光衰的结果。
光衰处理，很明显的光衰衰减情况，在400小时以后就已经衰减很厉害了。上面两根，一根红线，一根绿线虚线的情况下是高效多晶衰减情况，经过1000小时，一千瓦的光照幅度，75度的基础下，可以控制在2%以内的光衰水平。同时，鑫单晶的光衰在同样条件下，是控制在2.5%以内。这里想强调的一点，鑫单晶的光衰条件和高效多晶的光衰条件不一样，我们在工艺上可能是温度更高一点，这个会最终影响光衰的情况。
不管怎么说，大家知道电池的光衰是在一个开路电压状态下来测试的，这种情况下，相比于组件高功率点一个光衰测试，它的衰减是最大的。这样的测试条件，在组件端测试下是更容易通过的，在电池端是最严苛的，能通过的话后续组件的长期表现是没有问题的。鑫单晶室外首年衰减比例的标准，协鑫可以完全满足。
总结一下，目前协鑫集成在多晶黑硅平均量产效率达到21%，60片组件功率超过300瓦，鑫单晶目前是平均效率是21.8%-21.9%，对应72片组件功率在370瓦以上。同时今年多晶PERC黑硅量产目标在21.5%的水平，鑫单晶可以达到22.2%-22.3%的水平。同时多晶PERC光衰有比较成熟的产业化手段。鑫单晶在这个基础上进一步优化，也可以完全达到后续的标准。谢谢各位！
