李积和-国外光伏用单晶硅工业动向.ppt

1、1,国外光伏用单晶硅工业动向,上海合晶硅材料有限公司技术研究开发中心 2008-06,2,目录,近年来单晶硅与多晶硅电池高速发展 近年来一些著名光伏企业相继买进单晶硅厂 扩建和新建大型单晶硅片厂 瞄准高效单晶硅太阳能电池 发展光伏单晶硅生产 一些著名半导体硅片生产商进入光伏硅材料领域 光伏专用单晶炉 技术进展 粒状多晶硅的应用 连续拉晶 大直径化 薄片化 小结和思考,3,01-07年世界各类型太阳能电池产量份额,01-07年世界各类型太阳能电池产量,注：-Si/sc-Si 包括在sc-Si之内 来源：根据日本(株)資源総合等数据整理作图,从太阳能电池市场份额变化看单晶硅材料的需求,4,2006

2、年世界太阳能电池产量2,521.4MW，增长43.4%； 晶体硅太阳能电池占93.3 %； 单晶硅电池（包括a-Si/ sc-Si ）占44.2%，产量比05年增长83.6%； 多晶硅电池产量为1,169.3 MW，占46.4 %，产量比05年增长18.0%； 2004年开始单晶硅太阳能电池的市场份额连续4年回升； 2006年单晶硅太阳能电池市场份额已与多晶硅形成并驾齐驱之势。 2007年世界太阳能电池产量3,733MW ，增长48.1%。（根据Solarbuzz，则为3,436 MW, 增长56%) 晶体硅太阳能电池占90 %; 单晶硅电池（包括a-Si/ sc-Si ）占37% 多晶硅电池

3、占50 % 2007年单晶硅电池回落到37%，但仍高于2005年的34.5%。,5,1998年多晶硅太阳能电池的市场份额超过了单晶硅太阳能电池，到2003年其份额与单晶硅相比已近2 : 1，多数人对单晶硅太阳能电池的前景不看好。 01-04年间主要的专业光伏单晶硅材料生产厂有：M.SETEK、 Shell Solar Industries ( 前Siemens Solar，现SolarWorld Industries America )，以及Solec International (现Sanyo Solar USA )。 04年开始单晶硅太阳能电池的市场份额逐年回升。 05 06年一些著名的光

4、伏企业相继收购单晶硅厂： REC SiTech 05年7月世界最大的光伏多晶硅片生产商REC收购了生产半导体单晶硅的SiTech AS ，成为其100 %的子公司REC SiTech。这个公司是REC集团进入单晶硅和硅片市场的踏脚石。 SolarWorld Industries America 06年2月世界第二大光伏多晶硅片生产商SolarWorld购入Shell Solar（原Siemens Solar )的晶体硅电池部分Shell Solar Industries LP更为现名，包括产能50MW的单晶硅和硅片厂。 ERSOL ASi Industries 05年7月Ersol Solar

5、 Energy购入当时世界“最新”的单晶硅锭生产厂ASi Industries,近年来一些著名光伏企业相继买进单晶硅厂,6,扩建和新建大型单晶硅片厂,在扩大型单晶硅及硅片厂 M.SETEK 高知第三工场在建，08年后建设第四工场。相马工场（福島県相馬市）在建，是一个从原料多晶硅到硅片的一体化大型工场。第一个多晶硅生产厂已经投产，其单晶硅片产量将迅速增长，几年后将成为GW级企业。 SolarWorld Oregon 工厂 在美国Oregon 州的Hillsboro 开始建设一个从单晶到电池片500 MW集成工厂 。09年达产。第一步达到100MW， SolarWorld Industries A

6、merica 并入其中。 REC REC SiTech的产能将从35 MW (07年产量为38 MW）增加到300 MW以上（2011年），分两期：一期产能增加一倍，08年底完成；二期将在09年和2010上半年进行，并将原来只生产单晶锭的工厂转为完全集成的单晶硅片生产线。 ErSol Solar Energy ASi Industries 新建2个工厂。硅片产能从45 MW(2006) 增加到120 MW (2007)。设备可拉制300mm单晶。Q1 2008已经完成年底产能目标180 MW。 作为下期发展的一个组成部分，08年4月又与CGS（属PVA TePla AG ）签订了76 mill

7、ion 购买EKZ 3500设备的合同。发货时间为09年初至2010年末。09年末产能将达280MW。规划2012年产能为500MW。,7,新建大型单晶硅及硅片厂 Woongjin Energy SUNPOWER与韩国Woongjin Coway合资企业。07年11月28日举行了落成典礼。并计划以与来自DC Chemical不断增长的多晶硅供应量相一致的速度发展。单晶炉逐年增加，2012年将达300台。根据合同，80%的产品供应Sun Power 。晶锭和组件的生产技术由Sun Power提供。 NORSUN 由REC 创建者、前CEO Dr Alf Bjorseth建立。rdal 工厂 于0

8、7年开始建设，原计划1Q 2008投产，可能推迟至3Q 2008。一期产能130MW。二期200台直拉炉，产能400-450 MW ，2010年下半年投产。与 Kayex（属SPX）签订了 $40 million 的单晶炉合同。 Norsun 计划在新加坡建立下一个硅片厂。Q3 2008开始建设， Q3 2009投产。产能超过350 MW。 原料多晶硅来源：SunPower 2 gigawatt 2007 2019; 参股Silicium de Provence S.A.S.；NorSun AS 与Saudi Arabian公司组建的合资企业。 SOLAICX 获得风险投资，在Oregon建量

9、产单晶和硅片工厂。连续拉晶设备。07年11月20日举行了投产仪式。初期产能32MW；满产180MW。 其它如韩国Nexolon Co., Ltd. 等。,8,SolarWorld Oregon 工厂,SOLAICX Oregon 工厂,9,瞄准高效单晶硅太阳能电池 发展光伏单晶硅生产,高效单晶硅太阳能电池优势突出，增长迅速,A-300 cell,HIT cell,SunPower A-300 cell 20% - 21.5% ，Gen2 cell 22.5% (平均值)，至08 Q1 Gen2 cell 约占产量的一半 08-05-12 宣布Gen 3 技术的早期成果23.4 %的世界纪录，二

10、年左右规模生产。 硅片厚度 从165 m向145m过渡，至08年底100%为145m 06年产量：63 MW （2005 年20 MW），年底产能108MW（ Fab 1 ） 07年产能：330 MW Fab 2 已部分投产，年底产能214MW 产能规划：08年底产能414MW ；560 MW Fab 3 一期计划年内开始建设，2010 Q1投产； Fab 3 规划产能1GW。,Sanyo Electric HIT cell 19.7%（研究水平22%），计划到2010年之前提高到22以上 06年产量：150.5 MW （05 年 120 MW），年底产能165 MW 07年产能： 260 M

11、W 产能规划：08年350 MW ； 2010年650 MW。,10,瞄准高效单晶硅太阳能电池对材料的要求 发展单晶硅生产 SunPower和Sanyo Electric 所使用的硅片为n-type ，而SunPower所需硅片寿命超过1 ms，各主要硅单晶片产商争相提供。 M.Setek 与SunPower延长原合同至2010年，并签订了5年期的价值达5亿美元的新协议。 挪威REC SiTech 以SunPower和Sanyo Electric为主要用户。07年向SunPower提供价值约2,000万美元的单晶硅锭。 正在建厂的挪威NORSUN与SunPower签订2007-2019年的单晶

12、硅和硅片的供货合同。 Woongjin Energy 是SUNPOWER在韩国的合资企业，80%的产品供应Sun Power 。,11,世界著名半导体硅片生产商进入光伏硅材料领域,半导体企业进入光伏领域已成为一种潮流，材料方面也是如此： SUMCO将现有的100MW电磁铸造法多晶硅铸锭的生产扩大。09年产能达300MW，然后是500MW和1GW ，力争达10%世界份额 MEMC已于07年挟多晶硅的优势，以委外加工的形式进入光伏硅材料领域 Wacker Chemie AG和SCHOTT Solar合资建厂，生产光伏多晶硅铸锭和硅片。07年开始生产，2012年产能达1GW 一些著名硅片公司或其关联

13、企业在单晶硅方面也有动作： SUMCO 2008年生产了光伏用单晶锭200吨 Shin-Etsu Film2006年生产了13 MW单晶硅片，07年将扩大为35MW Siltron Corp. 2006年建立了一条利用不合格电子级单晶生产光伏用硅片的10MW 试验线 Okmetic 与Norsun建立技术合作关系 MEMC 09年起将自己生产光伏用硅片，包括单晶硅片,12,光伏专用单晶炉,TPS (Thermal Product Solutions) Kayex KX100PV Solar Silicon Crystal Growing Furnace KX120PV Solar Silico

14、n Crystal Growing Furnace KX150PV Solar Silicon Crystal Growing Furnace 光伏硅单晶炉和半导体单晶炉热场的比较 同一尺寸热场PV炉比半导体炉冷装料量有所增加； PV炉可通过安装粒状多晶加料器进一步增加装料量。,光伏用硅单晶不同于半导体用硅单晶，对电阻率径向均匀性、氧含量径向均匀性、OISF及微缺陷等无要求，因此对堝晶比、液面高度等都可放宽，这样通过冷态和增强装料量的增加， 就提高了光伏单晶炉的经济性。在光伏单晶生产中采用20英寸热场的单晶炉就可投料115kg，相当于在半导体生产中采用22英寸热场的单晶炉；而采用22英寸热场的

15、单晶炉，就可投料150Kg，经济地拉制8英寸光伏用单晶。,13,技术进展 粒状多晶硅的应用,随着粒状多晶硅产量的增加，混合装料（ Mixed Charge 或称 Enhanced Charge ）以及多次加料（ Batch Recharge ）将获得越来越广泛的应用。这些方法（包括冷态混合装料）对充分发挥设备能力，增加产量，降低成本（节约坩埚和降低能源消耗）有明显作用。 粒状多晶硅的应用对光伏用单晶硅的生产，较之在半导体硅单晶生产中的作用更加突出。,Mixed Charge,Batch Recharge,14,技术进展 直径300mm光伏用单晶和硅片,ersol利用 CGS提供的设备，开发出

16、300 mm硅单晶的拉制工艺；此工艺的优势在于：在相近的拉晶速度下，有高得多的硅片的表面生产效率，使拉晶工厂产能利用率达到最高。这意味着在拉晶过程中，所需的单位投资较小，能耗较低，从而使每峰瓦的能量偿还时间（energy recoup time per Wp）大大降低。在210 mm x 210 mm ，220 m 硅片的生产中，高度的自动化和改善的边缘-面积比意味着较156 mm x 156 mm的硅片降低了生产成本； 210 mm 电池与156 mm 电池在相同转换效率的情况下，功率却多出80%. 。对工厂的生产而言，使用相同的设备产出却高出80% ； ersol Solar Energy

17、 AG (ersol) 与Crystal Growing Systems GmbH (CGS),、SolarZentrum Erfurt, Roth & Rau AG 和 Day4 Energy Inc.合作，在R&D项目中开发出基于边长210 mm 的超大尺寸太阳能电池（SuperSize solar cell）的组件； ErSol Solar Energy AG新建工厂将于08年投产300mm单晶和210210mm硅片。,15,技术进展 连续拉晶,Solaicx设计、建造Czochralski (CZ)连续拉晶设备，开发光伏用单晶硅生产新工艺可大量生产低成本、高质量的晶锭。据介绍，其单晶炉

18、生产效率与常规单晶炉相比有很大的提高。原料多晶硅的利用率高出30%。 Solaicx以其独有的设备和工艺，以及对晶体硅光伏产业可能产生的深远影响，受到各方面的关注。它是”阳光美国计划” (Solar America Initiative (SAI) ) 的关键组成部分“技术途径合作伙伴关系”（Technology Pathway Partnerships，TPP）项目中两个项目的成员 “A Value Chain Partnership to Accelerate U.S. PV Growth (GE Energy LLC 领衔)” 和 “Grid-Competitive Residentia

19、l and Utility Solar Power Generating Systems (SunPower Corporation 领衔)” Oregon工厂已于07年11月20日举行了开工典礼。初期产能32MW；满产180MW (WO 2005/084225) SYSTEM FOR CONTINUOUS GROWING OF MONOCRYSTALLINE SILICON,16,17,技术进展 薄片化,SunPower 用于Gen 2的硅片厚度 165 m，多晶硅利用率小于7 g/w。 2008 年底100% 的硅片将从165 m转换到 145 m；多晶硅利用率达到6.3 g/w （ Su

20、nPower 不但从外部采购硅片，也外购晶锭，自己加工硅片） 。 Shin-Etsu Film 06年新产品硅片厚度 150 m,薄片化是减少多晶硅消耗和降低硅片成本的重要方法。当前国外正从200 m下降到180 m，接着便会向160 m过渡，REC的Herya新厂更是按120 m 设计的。当硅片减薄到一定程度，生产过程的自动化就是必然的了。,i-PERC 130 m solar cell 来源：IMEC,18,小结和思考,小结 单晶硅材料在晶体硅光伏产业中地位稳固 发展前景广阔 04年开始单晶硅太阳能电池的市场份额连续4年回升，至06年单晶硅电池市场份额已与多晶硅电池形成并驾齐驱之势。07年虽有所下降，但仍高于05年。 世界著名多晶硅片生产企业相继进入单晶硅生产领域 半导体硅材料企业进入光伏单晶硅生产领域 扩建和新建大型单晶硅片厂 瞄准高效单晶硅太阳能电池，发展单晶硅工业 粒状硅的普及将促进光伏单晶硅生产发展（提高冷装料量、混合加料、多次加料、连续加料、光伏单晶