高效铸造单晶技术助力光伏产业提效降本-万跃鹏博士，保利协鑫首席科学家-solarbe文库

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保利协鑫能源控股有限公司 GCL-Poly Energy Holdings Limited 高效铸造单晶技术助力光伏产业提效降本万跃鹏博士，保利协鑫首席科学家 2019-11-25，深圳高效多晶 High efficiency mc-Si 铸锭单晶 Casting mono-Si 直拉单晶 Cz mono-Si DW-S3 金刚线切 S3 Co-doping S4 共掺杂 S4 MCCE TS3/TS4 黑硅 TS3/TS4 GCL casting mono-Si 鑫单晶（ G3， G4） P/N type RCz P/N型 RCz单晶 P/N type CCz P/N型 CCz单晶保利协鑫针对客户需求的硅片 HE mc-Si cell 高效多晶电池 HE PERC cell 高效 PERC电池 HE PERC cell高效 PERC电池 Mono-Si PERC 单晶 PERC电池 Mono-Si PERC 单晶 PERC电池 Mono-Si PERT 单晶 PERT电池 Mono-Si HJT 单晶 HJT电池 2 铸锭技术经历的几个重要的技术进步，现在到了铸造单晶阶段 2006 2010 2012 2014 2016 2018 HEMDSS G4 2008 DSS G5 G6 / G7 控制形核高效多晶 S2S4 金刚线切片黑硅制绒铸造单晶高效多晶 -Si 铸锭单晶 -Si 2019 性价比 1 保利协鑫铸造单晶产品开发及市场化历程 G4产品通过客户验证，将全面推广。 G1产品短时间小规模市场化 G2产品示范电站应用 G3产品 2018年底开始量产，出货超 3亿片 4 ⚫ 2005-2008铸造单晶研发产品， BP Solar 建立示范电站。 ⚫ 2011-2012鑫单晶 G1小规模市场化，外观，拖尾等问题需要解决。高效多晶出现，结束了铸造单晶市场。 ⚫ 2017鑫单晶 G3研发成功，解决了以前铸造单晶外观，拖尾等问题，开始新一轮铸造单晶市场化进程。 ⚫ 2018-2019鑫单晶 G3逐步增大市场占有率。 ⚫ 2019-鑫单晶 G4推广应用。效率逼近 CZ单晶，组件输出功率与 CZ单晶同档。为什么协鑫铸造单晶被市场接受铸锭单晶技术进步解决了的主要问题 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 17.617.818.018.218.418.618.819.019.219.4 类单晶电池效率分布 2013 效率拖尾 ⚫ 协鑫铸锭单晶（鑫单晶 G3）解决了以往类单晶的晶花问题，鑫单晶就是全单晶。 ⚫ 全单晶的比例达到了 90以上，远远超过上一代的比例（ 30）。 ⚫ 鑫单晶的位错大大降低，并得到有效的产品控制，电池效率拖尾问题得到解决。 ⚫ 铸锭单晶的良品率得到极大提升，大大降低了铸锭单晶的成本。外观问题晶花外观问题拼接缝 5 铸造单晶电池量产效率 PERC电池碱制绒电池效率与 CZ单晶相近。电池指标 Eta Uoc Isc FF 与 CZ单晶绝对差 -0.17 -0.0003 0.03 -0.65 与 CZ单晶相对差 0.77 -0.08 0.05 -0.81 6 ⚫ 电池效率典型分布往低效拉了 2-3档，但最高效档与 CZ单晶一样。 ⚫ 与 CZ单晶相比， PERC产线平均效率相差 0.15-0.3之间（不同客户，大规模量产数据）。客户 ZH提供。 5主栅 PERCSE 鑫单晶 G3硅片新的四代产品 G4进一步收窄了电池效率分布 7 Courtesy of customer R ⚫ MBBPERCSE 铸造鑫单晶 G4量产平均效率 21.96 , 比同线 CZ单晶效率低 0.2 （ 22.2）。 Process QTY VocmV IscA RsmΩ RshΩ FF Eta PERC 400K 679.7 10.14 2.23 745 80.31 21.96 12BB-166mm Cast mono G4 cell电池转换效率（ η）出现的频率（ f） G4 电池转换效率分布第四代铸锭单晶硅片产品 G4 边长 158.75mm、 162.75mm、 166mm等，尺寸灵活厚度 160180μm 电阻率 0.81.4Ωcm 金刚线切割推荐使用碱制绒适用于 PERC\MWT\MBB\双面 \topcon等各种电池工艺适用于半片、拼片、叠瓦组件等各种组件技术协鑫推出第四代铸造单晶产品 -G4，进一步提升产品竞争力行业环境分析 G3 M2 G4 M4 158.75方角 156.75圆角面积增加 3.14 BL 常规电阻 1.0 低阻 0.85 缺陷比例 4.5 / 效率差 -0.30.35 BL 60片组件功率差 5W BL 低效拖尾 5 / 电池不良率略高于单晶 BL 158.75方角 158.75方角面积增加 0 BL 低电阻 0.80 低电阻 0.85 缺陷比例 3.5 / 效率差 -0.150.20 BL 60片组件功率差 -2W BL 低效拖尾无 / 电池不良率与单晶持平 BL 第三代铸锭单晶产品第四代铸锭单晶产品协鑫推出第四代铸造单晶产品 -G4，进一步提升产品竞争力 0 20 40 60 ◼ G4铸锭硅片产品已在部分客户实现批量导入 ◼ PERCSE电池工艺条件下， G4量产平均效率均值＞ 22.1，外观完美 ◼ 同产线、同工艺条件下与直拉单晶效率差值 0.17 ◼ G4铸锭单晶硅片较上一代 G3产品提升 0.100.15 ◼ 以 158.75尺寸硅片、 72片版型为例，组件功率全面突破 400Wp，档位更为集中 G3 0 20 40 60 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 G4 166mm--9BB--G4铸锭单晶 PERC电池第四代铸造单晶 G4-电性能表现更佳，组件功率进一步提升 G3更低的氧含量，更低的光衰。铸造单晶电池光衰与多晶电池相似， LID低于 CZ单晶 11 鑫单晶氧含量 6ppm Vs. CZ单晶硅片 12-13ppm。适合 N型高温电池工艺。头尾去除多。适合做掺镓 P型，掺磷 N型硅片。适用于叠片，拼片等新组件，外观更好。提升组件转换效率。更低氧含量更低光衰更窄电阻率分布方片无倒角更低碳足迹铸造单晶产品特征和优势比 CZ单晶每公斤电耗低 20 多度。转换成每瓦少耗电 0.06度。 12 铸锭单晶半片组件铸造单晶相比 CZ单晶具备性价比优势 13 ⚫ 一种组件产品的性价比取决于三个因素组件效率及功率，组件价格，和电站成本结构。 ⚫ 提升电池转换效率是提升铸锭技术在更多应用场景性价比的最重要的选择，铸锭单晶是必由之路。 ⚫ 铸锭单晶组件功率与 CZ单晶基本相同，每瓦 0.5美分之差使铸锭单晶组件在绝大多数应用场合有度电成本优势。 ⚫ 现有 PERC电池效率前提下，铸锭单晶硅片只需比 CZ单晶低 0.25元 /片就有性价比。 ⚫ 已经有约 3GW电站是用铸造单晶产品，跨越近 10年时间。无铸造单晶产品的品质问题。 ⚫ 法国电力一直在使用 Photowatt铸造单晶产品。 ⚫ 鑫单晶 G3有近 1.5GW出货，以国外市场为主，国内 MWT组件大量使用 . ⚫ 新投入运行的北京大兴国际机场 4MW光伏电站使用的是鑫单晶产品。 ⚫ 示范电站数据显示鑫单晶组件相比 CZ单晶发电量增加约 2.7。 16 94 99 104 109 3月 4日 3月 11 日 3月 18 日 3月 25 日 4月 1日 4月 8日 4月 15 日 4月 22 日 4月 29 日 5月 6日 5月 13 日 5月 20 日 5月 27 日 6月 3日 6月 10 日 6月 17 日 6月 24 日 7月 1日 7月 8日 7月 16 日 7月 23 日 7月 30 日 8月 7日 8月 14 日 8月 21 日 8月 29 日 9月 6日 9月 16 日 9月 23 日 9月 30 日 10 月 7日 10 月 14 日 10 月 21 日多晶铸锭单晶 /多晶铸锭单晶 /单晶 PERC Type of Wafer Cell Tech Number of modules Module Power Cast Mono PERC5BB 254 365W CZ Mono PERC5BB 254 375W Cast Multi BSF5BB 228 330W Comparable power output 2019 Multi Cast mono/multi Cast mono/CZ mono 实证电站铸锭鑫单晶发电稳定，产品可靠。假设铸锭单晶组件价格 1.77元 /W（含税），直拉单晶组件价格 1.8元 /W（含税），组件价差 0.03元 /W，测算结果如下 ◼ 与直拉单晶 166相比，铸锭单晶 BOS成本虽高出 0.015元 /W0.8，但由于组件价格低 0.03元 /Wp，铸锭单晶电站建造成本比直拉单晶低 0.015元 /Wp； ◼ 同尺寸下，铸锭单晶 LCOE比直拉单晶 LCOE低 0.001 元 /度左右。边界条件（ 1）首年衰减均为 2.5，次年开始线性衰减 0.6 （ 2）土地组件 500元 /亩，运维费用 0.04元 /W，每年增速 3 （ 3）发电年限 25年场景中国国内一类地区 100MW地面电站 /通用格式 /通用格式 1.787 1.772 0.186 0.187 - 0.050 0.100 0.150 0.200 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式铸锭单晶 166 直拉单晶 166 铸锭单晶 166 VS 直拉单晶 166 组件成本 BOS成本 LCOE 铸锭单晶电站应用度电成本比较 -组件价低 0.03元 /W， LCOE低 0.1分 /度电。 ◼ 截止 2019年 10月，公司鑫单晶硅片产能逾 3GW；随着市场的逐步推广，预计至年底可达 5GW，月供货能力超 1 亿片；后续根据市场的需求，公司将逐步实现全部铸锭炉的产品升级改造，最终具备 20GW的鑫单晶硅片产能。产能升级，满足市场对铸造单晶的需求 ⚫ 铸造 N型单晶硅片已经在 Trina Solar 的 i-TOPCon线上实验。 ⚫ Voc709.8mv, 仅比 CZ单晶的开压低 5mv。 ⚫ 效率接近 23. ⚫ 初步的 N型铸造单晶的电池结果显示了铸造单晶在 N型高效电池的巨大潜力。钝化后硅片少子寿命未来新电池技术 HJT， n-TOPCon铸造单晶 GCL铸锭硅片产品发展路线图 ⚫ 铸锭硅片产品通过铸锭形核技术的提升，掺杂技术的应用，电阻率的控制等等，氧含量降低等，不断提升硅片性能。 ⚫ 铸锭单晶硅片可以通过稳定生产工艺、籽晶的低成本化技术等，进一步降低成本； ⚫ 铸锭单晶技术可以应用于 N型硅片，满足 N-PERT， N-TOPCON， HJT等电池的需要。 18 2013 2018 2019 效率 / η S3形核创新 0.40.5 2015 2016 2017 2020 TS黑硅制绒 0.70.9 Sp适用于 PERC 0.91.3 S4降低 LID 0.50.6 G3高功率铸锭单晶 1.71.9 G3产品推广、降本提效 N1N型铸锭单晶 2.63 2021 G4PERC优化 P型 1.92.1 小结  保利协鑫铸锭单晶硅片（鑫单晶）通过近几年的技术研发和进步，已经成为市场上被接受的有竞争力的产品，市场占有率正在快速提升。越来越多的客户开始规模化应用鑫单晶。  鑫单晶组件产品外观已经完全消除了晶花问题。单晶制绒工艺能直接应用于鑫单晶。  鑫单晶技术在不断完善发展，目前已经开始第四代产品 G4的量产。  鑫单晶 PERC电池量产效率和组件输出功率与 CZ单晶相同或相差很小。 72片电池组件在平均输出上相差小于 1挡，相差 1.0以内。  铸锭单晶 PERC电池与组件的光衰（ LID， LeTID ）都低于同产线的 CZ单晶产品。  铸锭单晶硅片的优点氧含量更低（ 6ppma ），更窄的电阻率分布（有利于 PERC电池效率提升，有利于 N型硅片），全方形硅片（适用于叠片，拼片组件，外观更好）。  铸锭单晶的电阻率范围可以在更窄范围，有利于 PERC电池效率优化。  铸锭单晶产品碳足迹更低，是更绿色产品。 19 协鑫（集团）控股有限公司 www.gcl-power.com 苏州地址江苏省苏州工业园区新庆路 28号协鑫能源中心电话 86-512-6853 6666 传真 86-512-6983 2396 上海地址上海市浦东新区世纪大道 100号环球金融中心 68楼电话 86-21-6857 9688 传真 86-21-6877 8699 香港地址香港九龙柯士甸道西一号环球贸易广场 17楼电话 852-2526 8368 传真 852-2526 7638 联系万跃鹏博士 wanyuepenggcl-power.com 20