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多晶铸锭的成长与发展

发布时间:2016-10-31浏览量:174

1960年人类第一次将光伏发电并入电网,至今光伏行业已然发生翻天覆地的变化,光伏发电已成为极其重要的清洁能源。硅元素是最基础的、应用最广泛的光伏发电材料,它在地壳中的含量占比超过26%,是仅次于氧的第二大元素,足够为人类光伏事业提供源源不断的原料支撑,未来硅材料未来将成为人类摆脱能源和环境危机的重要依托。

  那么问题来了,硅材料是什么时候开始用于发电的呢?

早在1839年,法国科学家贝克雷尔就在液体中发现了光生伏特效应。直到20世纪,人们才发现硅具有光电响应的性质。

1950年,科学家蒂尔和里特尔将切克劳斯基在1917年发明的拉晶技术应用于硅单晶的生长,这种拉晶技术已经成为现代生产高质量硅单晶的主要方法。

美国科学家恰宾和皮尔松于1954年在贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池,4年后首次在太空应用。

其后20年时间内,人们不断改良多晶铸锭工艺,提高单晶颗粒在铸锭中的面积比例以降低位错密度,降低杂质含量。里特尔经过多年研究证实,多晶硅材料的少数载流子寿命永远是大大低于单晶硅材料的。

1976年,德国瓦克公司采用多晶铸锭的切片成功制成商用太阳能电池,虽然发电效率偏低,且长期衰减性能较差,但明显的成本优势仍为它打开了一片新市场。此后,多晶铸锭相对单晶的市场份额逐渐上升。

多晶铸锭的成长与发展

进入90年代后期,人类对光伏发电的需求开始加速

1999年全球累计光伏装机突破1GW,其后以每年40%左右的速度增长

2004年新增容量即超过1GW。在这一时期,多数企业认为单晶工艺本身的复杂性导致其产能难以快速扩张,而多晶铸锭依靠标准化的自动生产设备以每年60%以上的速度扩产,迅速满足了全球光伏市场爆发式增长的需求。

2007-2011赚快钱的年代,多晶铸锭年均产能增速甚至接近100%,大大超过市场需求增速光伏制造业最难熬的几年间,企业纷纷放弃了新建扩产项目的步伐,有实力的企业开始沉下心来加大研发投入,国内主要单晶企业致力于在不扩大固定投资的情况下提高现有设备的生产能力,不断刷新单炉产量,使欧洲、日本、韩国等不具备竞争力的单晶企业淘汰出局

  此时,唯一的研发方向是提高多晶电池发电效率,一种被称为准单晶新概念技术被提出,仅仅2年后,这种新概念技术就被证实走了历史的老路,几乎无主要电池厂商使用准单晶做电池材料,国内几乎没有大型电站开发商使用准单晶组件。其实早在20世纪七、八十年代,BPGT等多晶铸锭先驱早已试用并证实了铸锭技术生产单晶是不可行的,并且在产品性价比方面还不如普通的多晶铸锭。

  时局与企业

  在大上快上年代,许多企业在多晶电池研发上进行了资源倾斜,这从客观上加速了国内多晶电池效率的进步从另外一个角度看,也使多晶电池效率瓶颈快速来临。

  2013年,公司采用异质结N型单晶技术实现了25.6%的光电转换效率,突破了光伏产业界最高理论效率极限。

2015年对多晶铸锭是一个尴尬的分水岭,在转换效率方面不仅没有达到单晶的水平,反而与单晶的差距在不断扩大,而多晶铸锭天然的成本优势也逐渐被抹去

展望2016,多晶铸锭式微的窘境日渐清晰。未来,多晶铸锭该何去何从? 

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