鑄錠單晶、區(qū)熔單晶挑戰(zhàn)直拉單晶

誰是新世界的王者?

2月27日晚，協(xié)鑫數(shù)據(jù)顯示：鑄錠單晶電池平均效率已達(dá)21.85%，距離業(yè)內(nèi)平均P型直拉單晶PERC電池效率僅差0.3%，而成本則低10%，同時(shí)單臺(tái)爐子產(chǎn)能較單晶爐提升一倍。

在全行業(yè)都在向“平價(jià)上網(wǎng)”進(jìn)行最后沖刺的當(dāng)下，任何能夠降本增效的技術(shù)，都牽動(dòng)著產(chǎn)業(yè)敏感的神經(jīng)，何況鑄錠單晶技術(shù)是從基礎(chǔ)材料上作出改變的“本質(zhì)”變化。

鑄錠單晶是利用單晶硅為籽晶，通過鑄錠爐生長(zhǎng)的鑄造單晶，這項(xiàng)技術(shù)并不算是新工藝，也不是協(xié)鑫首創(chuàng)。在2010年前后引起了一段時(shí)間的熱潮，以鳳凰光伏為代表的一批企業(yè)開始大規(guī)模推廣鑄錠單晶技術(shù)，市場(chǎng)上又將其稱為“類單晶”技術(shù)。

但在當(dāng)時(shí)，單晶本身市場(chǎng)份額就很小，同時(shí)組件價(jià)格也遠(yuǎn)較現(xiàn)在高，因此類單晶技術(shù)帶來的成本下降和相比多晶帶來的效率提升并沒有引起行業(yè)特別重視，同時(shí)鑄錠單晶在當(dāng)時(shí)不夠成熟，高效分布也就是可以用作單晶的比率較低，不超過30%，整錠能用的硅片不多。

而當(dāng)時(shí)又沒有黑硅技術(shù)，單晶多晶設(shè)備不同，對(duì)于同時(shí)具有單多晶特征的中間層，沒有辦法處理。

爾后，2011年光伏產(chǎn)業(yè)“寒冬”隨即而來，許多企業(yè)在生存壓力下也沒辦法繼續(xù)研發(fā)，鑄錠單晶技術(shù)進(jìn)展因而停滯。

隨著中國(guó)政府制定了光伏發(fā)展政策，市場(chǎng)回暖，協(xié)鑫、晶科、旭陽雷迪等企業(yè)又在持續(xù)推動(dòng)這項(xiàng)降本技術(shù)的發(fā)展。賽維LDK、阿特斯、榮德、環(huán)太完成了前期的技術(shù)儲(chǔ)備。不完全統(tǒng)計(jì)，至少20家鑄錠廠家已經(jīng)或準(zhǔn)備開啟鑄造單晶的生產(chǎn)，技術(shù)交流活躍。中國(guó)科學(xué)院院士、硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任楊德仁在《鑄造單晶硅材料的生長(zhǎng)和缺陷控制》報(bào)告中指出，鑄錠單晶將在今后的一兩年開始大規(guī)模應(yīng)用，成為對(duì)市場(chǎng)有重大影響的差異化產(chǎn)品。

根據(jù)協(xié)鑫集成公布的最新進(jìn)展，鑄錠單晶拖尾、EL、光衰以及三類片的分布等問題已經(jīng)逐步解決，尾部低效的分布大量減少，高效分布比例可達(dá)70%以上。成功的關(guān)鍵在于采用了新的籽晶鋪設(shè)方式以及獨(dú)創(chuàng)的鋪設(shè)晶向。近期楊德仁院士在報(bào)告中對(duì)技術(shù)進(jìn)步給予了肯定。

三分天下 鑄錠、區(qū)熔挑戰(zhàn)直拉單晶地位

近年來直拉單晶增長(zhǎng)迅猛，從2016年19%增長(zhǎng)至2018年的46%，根據(jù)分析機(jī)構(gòu)PV Infolink預(yù)測(cè)，到2023年，單晶組件市場(chǎng)份額將達(dá)到71%，占三分之二強(qiáng)。而從鑄錠單晶的發(fā)展趨勢(shì)來看，單晶系所占的比例可能會(huì)更加“激進(jìn)”，除保留多晶黑硅和薄膜一部分市場(chǎng)之外，更多開展進(jìn)一步細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的PK。

除鑄錠單晶向直拉單晶發(fā)起挑戰(zhàn)外，光伏產(chǎn)業(yè)越來越激烈的高效電池軍備競(jìng)賽也對(duì)硅片材料提出了新要求。能做到更高效率和減少衰減的區(qū)熔單晶也會(huì)在未來加入“戰(zhàn)團(tuán)”，夾擊直拉單晶。

在一段時(shí)間內(nèi)，技術(shù)路線之爭(zhēng)從來都是只有一位王者勝出，其它路線或許存在，但卻要忍受失敗者去瓜分二八定律中的“二”，占據(jù)小部分利潤(rùn)。

相比常規(guī)單晶技術(shù)，結(jié)合協(xié)鑫公布的鑫單晶數(shù)據(jù)，鑄錠單晶有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1、成本優(yōu)勢(shì)。根據(jù)協(xié)鑫集成發(fā)布的一份報(bào)告，鑫單晶比直拉單晶成本每片降低0.4元。但應(yīng)該指出的是，隨著電池效率上升、組件價(jià)格下降在電站投資中占比減少、配套高效技術(shù)疊加效應(yīng)等綜合因素，因此在業(yè)主選擇組件時(shí)應(yīng)該綜合考慮整體BOS成本和最終的LCOE成本，所以除此之外，接下來還要再分析鑄錠單晶組件的實(shí)際發(fā)電能力相對(duì)直拉單晶如何。以常規(guī)多晶組件為例，生產(chǎn)工藝較單晶更為復(fù)雜，除了原材料能降低成本之外，其它環(huán)節(jié)都或持平或略高于直拉單晶組件，因此轉(zhuǎn)向黑硅做高效已經(jīng)成了唯一出路。

2、鑄錠單晶組件采光面積更大，相比直拉單晶電池片八角結(jié)構(gòu)，正方形的鑄錠單晶可以充分利用組件表面積，以158.75mm的硅片尺寸為例，比211圓棒，帶倒角的158.75單晶硅片增加0.8%的受光面積，比156mm硅片大2%。

3、但直拉單晶還面臨著衰減的問題，目前業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的單晶企業(yè)宣布單晶PERC電池可以通過鍍嫁等工藝控制首年衰減小于2%。而鑄錠單晶則因其工藝，衰減和多晶相似，含氧量比單晶低40%左右，比直拉單晶低0.5%以上。這里是根據(jù)協(xié)鑫公布的數(shù)據(jù)做的測(cè)算，據(jù)協(xié)鑫公司，公司正在做實(shí)證基地進(jìn)行比較，未來有數(shù)據(jù)積累時(shí)將定期放出對(duì)比數(shù)據(jù)。

鑄錠單晶的成熟，也給了市場(chǎng)一個(gè)最簡(jiǎn)單的計(jì)算成本的方法，不同于以往單多晶功率差距較大，這次在幾乎同一個(gè)起跑線上，我們來計(jì)算下我們可以計(jì)算下鑄錠單晶和直拉單晶在度電成本方面的表現(xiàn)：

首先計(jì)算直拉單晶/鑄錠單晶同樣面積效率比：

21.85/22.15≈1.01373

電池效率比乘以組件面積比：

101.373%*(1-0.08)=100.56%

如果是按156硅片計(jì)算：

101.373%*(1-0.2)=99.34554%

可以看出，到這里，二者單塊組件發(fā)電能力已經(jīng)差不多了，甚至沒有采用大硅片的直拉單晶組件發(fā)電能力略低于鑄錠單晶。

再加上算上首年衰減(直拉單晶2%，鑄錠單晶1.5%)：

直拉單晶：100.56%*(1-2%)=98.05%

156mm直拉單晶：99.34554%*(1-2%)=97.35%

鑄錠單晶：98.5%

所以，可以看出，同樣158.75mm的72片的單塊鑄錠單晶組件和直拉單晶組件相比，功率高約2W，實(shí)際發(fā)電能力低約0.5%;156直拉單晶功率低約2.6W，實(shí)際發(fā)電能力低1.1%。

我們來計(jì)算下成本，目前鑄錠單晶硅片價(jià)格比直拉單晶硅片低0.4元，一塊組件72片低28.8元，以400W計(jì)算，每瓦成本下降7.2分錢。

與此同時(shí)，由于鑄錠單晶實(shí)際功率數(shù)據(jù)高0.5%，因此業(yè)主可以節(jié)約相應(yīng)的組件成本，以100MW的電站，組件2元/W計(jì)算，可以節(jié)約100萬元，相當(dāng)于又給電站BOS成本節(jié)約了1分錢/W。同時(shí)在施工方面，節(jié)約相應(yīng)的土地、人工，除組件外的非技術(shù)成本也相應(yīng)降低，可以進(jìn)一步降低成本。

更為重要的是，2019年是光伏全面競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的元年，業(yè)內(nèi)揣測(cè)最終中標(biāo)補(bǔ)貼價(jià)格將在6分錢/度左右，而如果原本計(jì)劃做平價(jià)的項(xiàng)目參與競(jìng)爭(zhēng)，局面可能更加慘烈。那么鑄錠單晶以同樣甚至更高的發(fā)電能力，8-9分錢/W的BOS成本下降，將成為項(xiàng)目是否能夠競(jìng)價(jià)成功的決定性因素。

領(lǐng)跑者的推動(dòng)成就了效率更高的直拉單晶急速發(fā)展，但在全面競(jìng)價(jià)時(shí)代，或許鑄錠單晶將成為未來數(shù)年中的王者。

渾水、清水、超純水

鑄錠在左，區(qū)熔在右

一位有多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的前尚德科研人員告訴筆者：“簡(jiǎn)而言之，單晶像清水，更容易變渾濁，而多晶本來就是渾水，所以雖然初始效率較低，但受外界影響較小。”

當(dāng)鑄錠單晶將“渾水”變清后，清水的壓力隨之而來。業(yè)內(nèi)也在致力于解決單晶組件“清水”容易變渾的問題，一個(gè)重要方向就是“超純水”——區(qū)熔單晶。

區(qū)熔法又稱Fz法，即懸浮區(qū)熔法。利用熱能在半導(dǎo)體棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū)，再熔接單晶籽晶。區(qū)熔法是極高純硅單晶生產(chǎn)的首選技術(shù)，由于不用坩堝，避免了來自坩堝的污染，而且還可以利用懸浮區(qū)熔進(jìn)行多次提純，所以單晶的純度高，同時(shí)Fz單晶的氧含量比直拉硅單晶(見半導(dǎo)體硅材料)的氧含量低2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，很好解決光衰問題。

但區(qū)熔單晶的工藝比直拉單晶困難得多，目前國(guó)內(nèi)走在最前面的是中環(huán)股份。目前中環(huán)股份區(qū)熔硅單晶拋光片產(chǎn)量全球第三，國(guó)內(nèi)第一。對(duì)于現(xiàn)有直拉單晶大廠來說，轉(zhuǎn)向區(qū)熔法涉及設(shè)備全面改造，因此目前處理單晶的衰減多以摻鎵替代摻硼為主，避免硼氧復(fù)合的出現(xiàn)。

隨著組件效率和價(jià)格的變化，以及領(lǐng)跑者項(xiàng)目推動(dòng)，讓直拉單晶的性價(jià)比在2015年達(dá)到閾值，開始進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，而未來隨著材料成本在整個(gè)系統(tǒng)中占比進(jìn)一步降低，或許在不遠(yuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)，隨著以直拉單晶為基礎(chǔ)的光伏電池為提升性能而增加成本和區(qū)熔法成本的進(jìn)一步下降，區(qū)熔法的“閾值”也將來臨，屆時(shí)同鑄錠單晶一起瓜分大部分單晶市場(chǎng)。

但一個(gè)不確定因素還在超薄硅片環(huán)節(jié)，以前多晶組件成本受限的重要原因之一在于單晶硅片可以切得更薄，達(dá)到90-110μm，而多晶硅片在這方面則因?yàn)椴牧媳旧淼南拗齐y以做到這一點(diǎn)。新的鑄錠單晶在未來超薄大戰(zhàn)中表現(xiàn)如何，還需要協(xié)鑫等領(lǐng)軍企業(yè)進(jìn)一步發(fā)布數(shù)據(jù)報(bào)告。

江湖代有才人出，各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)百年。但光伏這樣一個(gè)發(fā)展飛速的產(chǎn)業(yè)，每?jī)扇昃蜁?huì)發(fā)生大的變化，直拉單晶或許在一兩年之后，就要面臨急速的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。