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太阳电池多晶硅片


太阳能级多晶硅片 系列产品 研制报告
报告人:林青云

江西赛维LDK太阳能高科技有限公司 2006年10月

目录
1、国内外同行业的现状和发展趋势 2、制备多晶硅片工艺流程和技术路线 3、新产品研制过程 4、关键技术和创新点 5、试用结果和用户使用报告 6、存在问题及解决方案 7、结论

1.

国内外同行业的现状和发展 趋势

1.1 国内外太阳能光伏行业的现状 太阳能作为新能源和可再生能源的一 种,是取之不尽、用之不竭的洁净能源。 开发利用太阳能,对于节约常规能源、保 护自然环境、促进经济发展和提高人民生 活都有极为重要的意义。太阳能光伏发电 由于资源无限、无污染、能把太阳光直接 转变为电能,系统无运动部件、运行可靠、 寿命长、少维护,且电能有方便输送、储 存等优点,因此它是太阳能应用工业中最 有前途的产品。

来自2006第四届世界光伏能量转 换大会预测,光伏发电将成为未来电 网支柱的方向。到2020年全球光伏发 电量将占总发电量的1.1%。到2040年 占21-26%,而在2050年以后,光伏发 电量将达到50%以上。可见,太阳能 光伏发电在未来人类能源中具有最重 要的战略地位,加速发展太阳能光伏发 电有着重要的战略意义。

目前光伏行业以晶体硅片电池为 主导,晶体硅片电池主要有单晶硅和 多晶硅两种,多晶硅片(Poly c-Si), 从1999年开始已经超过单晶硅片 (Mono c-Si),一直保持一定的优势。

下图为国际主要多晶硅片产能分析

赛维LDK公司200兆瓦生产能力 的形成将占国内多晶硅片75%-80%, 成为亚洲最大的多晶硅片生产企业, 并进入世界多晶硅片生产企业前列。 赛维LDK公司的启航起航,将为改变 我国光伏产业链头小尾大的状况作出 积极和重要的贡献,同时为我国绿色 能源的可持续发展并在世界上取得相 应地位打下坚实基础。

1.2 太阳电池多晶硅片的发展趋势
1.2.1 薄硅片:
由于硅材料紧缺,薄硅片是太阳能技术 发展的趋势,而且从降低太阳能电池成本和 提高效率来看,薄硅片同样具有明显优势。
有研究表明:生产200μm的硅片可以比 240μm的多产出10%的硅片;φ140μm的线可 以比φ160μm的线多产出6%的硅片。

最近几年以来,硅片厚度从最初的330μm到 270μm,再到目前的240μm,220μm,200μm。有关 研究表明单晶硅的极限厚度可到80μm,这样薄的硅 片由于具有柔性而更不易破碎。但多晶硅由于晶界 脆弱易碎,极限厚度可达到100μm。薄硅片加工是 对我国太阳能电池生产的一种挑战,我们必须尽快 建立适应的薄硅片技术,同时薄硅片技术也对太阳 能电池和太阳能电池组件工艺技术的重大挑战。目 前国际国内上主流的硅片厚度也是240μm,也有部 分已加工出220μm甚至200μm的硅片,由于国外已具 备了适应薄硅片的电池制造技术,比如Q-Cell生产 220μm的电池,Sharp可以生产200μm甚至180μm的 电池。

下表是最近几年硅片厚度 发展变化趋势:

1.2.2 大硅片:

由于大尺寸的硅片生产在生产过程 中可以减少硅料的损耗,而设备相同产 能更高,并且单块硅片产生的电能更多, 所以最近几年硅片生产一直在向大硅片 生产的方向发展。下表是最近几年硅片 尺寸发展变化趋势:

2、制备多晶硅片工艺流程和技术 路线

制备多晶硅片的工艺流程框图如 图所示。

其主要流程介绍如下:
开方:用多线破锭机 (SQUARER)将硅锭(Ingot)切割 成硅块(Brick)。

去头尾:将硅块的头部和尾部去除。

砂浆:砂浆是为开方和切片用的。

粘胶:将硅块粘接在晶托上,为切 片做准备。

切片:用WIRESAW将硅块切割成 硅片(wafer)

硅片

清洗:将切割好的硅片清洗干净, 并自动分检

分检:

包装

新产品研制过程:
研制过程主要集中在把国产设备 和引进设备组合一条多晶硅片流水线。 在单机调试运行的基础上,进行全线 调试,不断进行实验研究,把各工艺 过程的相关参数调整到最优匹配状态, 最终生产出满足要求的多晶硅系列产 品。

新产品研制过程:
产品系列:
(1)尺寸125mm×125mm,厚度240μm、220μm、200μm (2)尺寸156mm×156mm,厚度240μm、220μm、200μm

设备:
HCT SQUARER,
HCT WIRE SAW 500 SD-B/5, RENA预清洗设备, RENA INWA ONLINE自动清洗设备;

? 导轮准备:根据工艺要求和硅片厚度 要求准备合适的导轮; ? SiC准备:根据工艺需要选择合适SiC, 我们选择的是 NANKO GC1000/GC1200/GC1500; ? 悬浮液准备:根据工艺要求选择合适 的悬浮液,我们选择的是AOKE OX-SI 303,合适的密度;

? 硅块准备:多晶硅,P型; 电阻率为0.5Ω/cm-6Ω/cm; 少子寿命≥2μs; 氧含量≤ 1*1018cm3; 碳含量≤ 5*1016cm3; ? 粘胶准备:玻璃125mm×125mm×15mm, 156mm×156mm×15mm 胶Valtron A & B ; ? 钢线准备:Bekaertφ160μm/φ140μm; ? 工艺参数准备:设定线速度、工作台速度、 砂浆流量、钢线张力等等; 预清洗装置的改进和工艺参数准备; 清洗设备的工艺参数准备。

关键技术和创新点
? 技术难题:
薄片切割难度大,碎片率高;又大又 薄的硅片切割难度大,断线率和碎片率高; 清洗工艺也容易造成碎片。

解决的方法:
导轮参数的选用(导轮直径,槽距,槽深,槽型); 细砂的切割能力(砂的粒度,分布,刀口型式,根据不同粒 度浆料配比不同); 细钢线的使用(根据钢线的破断拉力和抗拉强度,以及切割 工艺的不同设置不同的钢线张力); 国产切割液的使用(粘度,密度,含水量,电导率等控制 质量和性能); 粘胶工艺(玻璃,胶的配比,粘胶方式); 硅块的选用和对去头尾量的控制; 优化的切割工艺参数的选用(工艺曲线,切割过程动态的 控制,30s取一样点); 优化的预清洗设备工艺参数; 调整清洗配方,加强在线监控等办法。

创新点
1)用先进的工艺手段来保证切割质量。

我们对硅块准备进行特殊安排, 粘胶方式进行改进;选用合适型号的 SiC和切割液;优化Slurry配比;编制 优化的工艺参数和曲线(线速度、工 作台速度、砂浆流量、钢线张力等 等)。 这些手段都保证了薄型大硅片的 碎片率和TTV, BOW, SAW MARK等, 使最终产品 达到研制要求的指标;

2)用先进的工艺手段和设备来 保证清洗质量。
预清洗装置和工艺进行改进,减 少碎片率,并加入特殊的配方以达到 清洗质量;清洗装置使用特殊配方达 到清洗质量,使用世界上先进的清洗 和自动分检设备,降低硅片的清洗碎 片率。清洗质量和碎片率达到研制要 求的指标。

试用结果和用户使用报告
? 经检测和用户试用以后,硅片可以达到以 下要求: ? 多晶硅太阳能电池片平均效率≥14.5% ? 厚度: 240μm ,220μm ,200μm, 公差 +/- 20μm TTV: Max. 50 μm BOW: ≤ 30 μm 无明显表面缺陷 ? 切割碎片率,清洗碎片率,清洗质量均可 达到目前小硅片厚片的要求。

目前我公司的系列产品已经销往 我们全球的客户使用,各项指标均可 达到客户的要求。对于200μm厚的薄片, 由于国内电池厂家目前能制作200μm电 池的厂家不多,我们大部分以国外客 户为主,国内客户比如无锡尚德购买 我们的硅片做了一些批次的试验产品, 指标完全可以达到要求。我们国外的 客户可以大规模生产200μm电池,使用 我们的硅片,同样可以满足他们的要 求。

6、存在问题及解决方案
目前我们公司从5 月1 日投产,至 今已经生产4 个月了,各区域都在正 常运转,硅片已经陆续发到国内外的 客户手中,并且与一些重要客户达成 了战略合作伙伴关系,客户对我们铸 锭质量给予了高度的评价。赛维LDK 将以此为契机,完善中国光伏产业链, 成为一个专业的世界级多晶硅片供应 商。

但是,作为一个新产品,我们还要面对 很多新问题,诸如:
(1) 碳化硅磨料精选和浆料进一步优化配比问题 (2)进一步降低切片及清洗的碎片率问题 (3)多线切割机原辅材料及备品备件的国产化问题 (4)硅片质量在线检测及控制问题 (5) 薄型硅片(≤180μm)切割技术研究 (6) 大尺寸硅片(≥210mm)切割技术研究 (7) 人才高地建设问题 (8) 多线切片技术消化吸收及再创新问题等都需要 我们全力以赴,逐步深入的解决。

7、结论
通过试制和用户使用结果表明: 按计划完成预期的目标,根据检测报 告和用户试用情况,该新产品可以达 到预期的要求,说明该产品已试制成 功。

谢谢!
祝各位专家、各位领导 身体健康,工作顺利!


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