經(jīng)過2010年左右的曇花一現(xiàn)，鑄造單晶如今又卷土重來，且來勢洶洶。
所謂鑄造單晶就是采用鑄錠爐，利用籽晶以定向凝固的方式進(jìn)行晶體生長，產(chǎn)出鑄錠單晶大錠，又稱為準(zhǔn)單晶或類單晶。而在當(dāng)前主流的工藝制造中，鑄造其實(shí)是傳統(tǒng)的多晶制作方法。
“其實(shí)現(xiàn)在的單、多晶之爭就是直拉技術(shù)和鑄造技術(shù)的競爭，而鑄造單晶則是巧妙地將鑄造技術(shù)的低成本、低能耗、大尺寸優(yōu)勢和單晶的高效率、高質(zhì)量優(yōu)勢結(jié)合到了一起?！闭憬髮W(xué)楊德仁院士認(rèn)為鑄造單晶吸取了鑄造與單晶兩方的優(yōu)勢而成。
經(jīng)歷近十年的積淀，這一次，卷土重來的鑄造單晶技術(shù)是否經(jīng)得起市場的考驗(yàn)？又將蠶食誰的市場？
卷土重來的鑄造單晶
回顧鑄造單晶的發(fā)展歷史，就會發(fā)現(xiàn)這并不是一個(gè)全新的技術(shù)。據(jù)保利協(xié)鑫首席技術(shù)官萬躍鵬博士介紹，早在2005-2008年，BP Solar鑄造單晶（Mono2）示范電站應(yīng)用，效率約17-18.0%，接近直拉單晶，但并沒有規(guī)?；瘧?yīng)用；到2010年左右，國內(nèi)晶澳、昱輝、LDK、協(xié)鑫、天合等企業(yè)推出鑄造單晶產(chǎn)品，但是到2013年左右，高效多晶產(chǎn)品興起，鑄造單晶已基本被工業(yè)界放棄。
在技術(shù)探索階段，有的技術(shù)被推崇逐漸成為主流，有的方向被市場放棄也勢必有其不合時(shí)宜的原因。
萬躍鵬認(rèn)為當(dāng)年鑄造單晶沒有規(guī)?；瘧?yīng)用的原因主要有四點(diǎn)，一是當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品堿制絨后有較大比例的晶花，組件外觀成為市場接受的主要障礙；二是由于鑄錠技術(shù)中位錯問題沒有解決，電池效率分布很廣，有10-20%低效電池；三是全單晶比例偏低（<30%），出現(xiàn)大量2、3類片（大晶花，高位錯）；四是拼接縫在硅片上引起色差。
在日益追求產(chǎn)品效率的光伏行業(yè)，上述四點(diǎn)原因也注定了鑄造單晶的夭折。如今的卷土重來也并不是一日之功。
實(shí)際上，主推多晶的保利協(xié)鑫一直將鑄造單晶作為技術(shù)儲備之一。隨著單晶市占率的提高，多晶的主流地位已逐漸滑落，正是擁有大批鑄錠爐的保利協(xié)鑫推出鑄造單晶的好時(shí)機(jī)。
保利協(xié)鑫科技管理部總經(jīng)理汪晨博士在第四屆光伏發(fā)電設(shè)計(jì)、工程與設(shè)備選型研討會上坦言，“傳統(tǒng)多晶相對于單晶而言，競爭力已經(jīng)偏弱”。他認(rèn)為，鑄造單晶是鑄錠技術(shù)必須要走的方向。
用多晶的成本做單晶的效率？
如此高調(diào)的宣布鑄造單晶的回歸，協(xié)鑫這幾年下了不少的功夫。全新的熱場設(shè)計(jì)，分段式加熱從而提升對稱性，增加對流，以及增加單晶比例，降低位錯等；全新的籽晶拼接技術(shù)可以避免拼縫產(chǎn)生的位錯；獨(dú)創(chuàng)的籽晶回用技術(shù)可以進(jìn)一步降低成本；硅片晶花分選可以更好的解決組件外觀問題。針對上述四點(diǎn)原因，協(xié)鑫一一攻克。
在外觀方面，協(xié)鑫方面宣稱，鑫單晶硅片采用金剛線切割，外觀與常規(guī)多晶硅片相似，采取堿制絨后與直拉單晶無明顯差異。另外，通過Hennecke全自動分選線嚴(yán)格控制晶花問題，將單晶面積小于99%的硅片選為三類片，占比約10%。
據(jù)協(xié)鑫集成首席技術(shù)官張淳博士介紹，在2018年9-10月份研發(fā)階段發(fā)現(xiàn)，三類片使用堿制絨工藝會有嚴(yán)重的外觀問題，而使用濕法黑硅制絨可以完美解決該問題。
在位錯方面，汪晨表示，“與單晶相比，鑄錠單晶雖然不是非常完美的晶體，但相比多晶的位錯比例大幅下降，從切割后的硅片看已經(jīng)非常接近單晶產(chǎn)品?！?/p>
從技術(shù)上來看，位錯會造成少子壽命降低，從而降低電池效率，這也是鑄錠單晶最致命的弱點(diǎn)之一。
但萬躍鵬解釋，鑄造單晶在長晶技術(shù)提升后位錯得到顯著降低，目前鑫單晶72片組件功率輸出以380Wp為主，相比同尺寸同PERC工藝下直拉單晶組件低約5Wp。
據(jù)張淳介紹，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，目前鑫單晶EL降級比例2.29%，前期低檔位中出現(xiàn)明顯EL暗紋的情況現(xiàn)在基本消失，目前主要的缺陷是晶界線，占比1.25%，還有少量不合格絨絲，占比0.05% 。
此外，鑄造單晶以衰減小于單晶PERC作為其一大亮點(diǎn)。硅片氧含量<6ppm，顯著低于直拉單晶的12-13ppm，LID和LeTID均低于直拉單晶。不過張淳介紹，鑫單晶的光衰數(shù)據(jù)較多晶相比略差，懷疑主要是鑫單晶峰值燒結(jié)溫度較多晶更高所造成。多晶的LeTID控制已經(jīng)有成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，鑫單晶還需進(jìn)一步優(yōu)化。
而在成本方面，協(xié)鑫方面稱，目前鑄造單晶成本比常規(guī)多晶略高一些，但是比單晶低，未來通過裝料量的逐步提升，以及籽晶回用技術(shù)，可以進(jìn)一步降低鑄造單晶成本，同時(shí)規(guī)?；膽?yīng)用也必然導(dǎo)致成本的大規(guī)模降低。
能耗方面，鑄造單晶每公斤電耗比直拉單晶低20多度，轉(zhuǎn)換成每瓦少耗電0.06度。
設(shè)備方面，目前市場上買不到直接可以用的鑄錠單晶設(shè)備，需要自行改造；對鑄造單晶晶棒少子壽命和缺陷檢測需要投入少量新的設(shè)備，主要是增加端面少子壽命檢測和位錯檢測以及晶花模組。
總結(jié)一下，鑄造單晶是介于傳統(tǒng)多晶與高效單晶之間的產(chǎn)品。但距離用多晶的成本做單晶的效率似乎還有一定差距。
“獨(dú)一家”的鑄造單晶距離大規(guī)模應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？
從目前的消息看，與鑄造單晶相關(guān)的信息幾乎全部來自協(xié)鑫及其盟友。據(jù)光伏們了解，目前試用鑄造單晶產(chǎn)品的廠家并不多，某家電池廠商已即將量產(chǎn)，但產(chǎn)品只供給協(xié)鑫。
有業(yè)內(nèi)人士向光伏們透露，鑄造單晶如果能做好，肯定對直拉單晶是個(gè)很有優(yōu)勢的競爭，現(xiàn)在關(guān)鍵是需要得到試樣和電池廠的認(rèn)可。
協(xié)鑫所宣稱，通過爐臺改造數(shù)量增加、單臺裝料量提升，不斷快速增加總產(chǎn)能，2019年鑄造單晶全年產(chǎn)能可達(dá)8-10GW。
盡管產(chǎn)能在快速提升，但作為一種還未大規(guī)模應(yīng)用的改良型技術(shù)，是否可以適應(yīng)當(dāng)前快速發(fā)展的光伏行業(yè)，似乎還有待驗(yàn)證。
任何新的事物投入市場都需要一個(gè)過程，那么鑄造單晶如何被市場接受，拭目以待。
來源： 饒麗霞 光伏們
