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（Polyc-Si），从1999年开始已经超过单晶硅片（Monoc-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：HCTSQUARER,HCTWIRESAW500SD－B/5,RENA预清洗设备，RENAINWAONLINE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NANKOGC1000/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AOKEOX--SI303,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ValtronA&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,SAWMARK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+/-20μmTTV:Max.50μmBOW:≤30μm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！