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1、全球供需动态据众多市场分析来看，2011年光伏产品的市场需求量大幅上涨。尽管面对补贴率下调、财政补助下滑以及欧债危机，这种增长仍如期而至。由于至本文截稿时只有少数几个国家给出了2011年装机量的官方数字，AEI公司仍旧认为全球市场的装机量为21.5-23.8 GW (详见图一)，最大涨幅约为2010年的20%。然而德国官方公布仅12月份的注册装机量就达到了惊人的3GW，年末的抢装高峰导致的差异比人们预期的大得多，全年的装机量预计将超过28GW。对于2011年市场的增长预期由“高达20%”变成“超过40%”，整个行业看上去发展很好但事实却并非如此。也许包括我们在内的分析师都错了实际上是另有一番景
2、象？然而有一点是不容置疑的。整个供应链上的产品价格与利润都出现了大幅下降，这使行业内所有人都需要在更低的水平上重新设置其商业模式。这当中的部分需求需要通过供应链上的价格折扣来实现，而其余的则必须通过采用可以支持生产并恢复利润的工艺来实现。鉴于从过去三年到现在的物价变化之快，预兆之少，完成这个任务并不容易。供过于求造成的巨大差距终于如预期的那样使市场上组件的平均售价不断下降。仅在2011年，一线中国公司的多晶硅组件平均销售价格就下降了25%。徘徊于接近$1/W的价格和持续的减本压力，使得除了那些一级中国公司外的晶硅组件制造商面临破产。同时为了保证利润和自己的生存，SolarWorld和其他一些公
3、司指责中国组件制造商存在倾销行为，一场贸易战即将开启。以此为背景，本文将总览晶硅价值链上正在发生的技术革新，并指出有可能在中期实现成本降低43%的领域。综合目前正在下降的多晶硅料价格，行业总成本的下降幅度可以在未来超过60%。“对于2011年市场的增长预期由 高达20%变成超过40%，整 个行业看上去发展很好但事实却并非 如此。也许包括我们在内的分析师都 错了实际上是另有一番景象？”无论装机量呈现高端增长或底端增长，2010年超过200%的惊人增长时代已经结束，我们面对的是需求减缓的全球市场，究其原因主要是由于德国、意大利和西班牙这样的主要市场对补贴率进行了大幅削减，以及持续疲软的宏观经济。而
4、另一方面，面对需求的负面新闻，产品供应却一直在增长。如果各公司继续实施其扩产计划，即使将扩产计划延迟和错误信息等均考虑在内，按照已公开的产能来计算，组件产量的底线也将在2011年达到26.3GW，2012年为27.1GW，2013年为29.8GW。然而，由于供应仍然远大于需求，预计组件价格还会继续降低。标准晶硅光伏产品生产流程晶硅组件的生产流程始于原材料多晶硅。光伏组件既光伏行业生产材料： 节约成本的技术及工艺方法Joseph Berwind, AEI Research & Consulting, Millburn, New Jersey, USA本文原载于第十五期Photovoltaics
5、International季刊中摘要:当今的光伏行业正在经历着翻天覆地的变化。就像一辆行驶严重失控的嘉年华云霄飞车，欢欣鼓舞被惊恐不安所代替。如果您在颠簸急转中尚能环顾左右，就会发现众多光伏公司正在退出市场。您会发现在整条产业链上都有极富聪明才智的从业人员在四处跳槽，寻找稳定的工作。您也会发现曾经引领光伏行业的公司们损失了大量财富并折损了他们在银行的借贷信用。无论我们将目光投向何处，我们都会发现产业链上的公司都在削减产能，似乎这样就可稳定市场。然而危机再次爆发。这辆产业过山车再次弄丢了自己的轮子。在众人期盼这趟风险难料的列车安然止步时，破产危机、逐步降低的政策扶植，以及若隐若现的贸易战取代了曾
6、经盛行的乐观主义。的确，目前行业的发展前景难以预计。尽管当下情势危急，困难重重，从长期看仍然有三个关键因素可以使光伏行业存活并蓬勃发展。首要因素就是降低成本，当前的光伏行业比以往任何时候都需要进行从上游到下游的全方位减本来过渡至平价上网；第二个因素是产品质量，对行业发展毒害最深的就是偷工减料牺牲产品质量；最后，第三个因素是利润空间。本文将以全新的视角审视各种工艺与技术，并指出最具前景的方案并以此结合上述三个因素阐述降低行业成本。材料1www.pv- | 每日光伏新闻技术可以用相对高效但相对昂贵的单晶硅制造也可以使用相对低效但相对便宜的多晶硅制造。单晶硅锭可以通过西门子法(CZ)或区融法(FZ)
7、制备，而多晶硅锭通可过定向凝固法(DSS)制备。从硅锭得到硅片需要进行切片步骤，这是用长达400千米的线锯来实现的。真正的切割是由浆料完成的碳化硅颗粒与油的混合物，而线锯只是起到导向作用，并在水平方向上由1000条平行线锯组成切割线网。传动机带动锯线旋转，使得整个线锯网以每秒5至25米的速度行进。线锯的运行速度以及前后行进的方向在整个切片过程中都可进行调整，同时配有喷嘴不断向线锯上喷洒浆料。硅锭被固定于切割台上，并以垂直方式朝向切割网行进，从而得到硅片，并随后被加工成为电池。经过一系列物理和化学工艺后，硅片被加工成光敏元件并可以吸收阳光中的光子，并在最终的太阳能电池中形成自由电子。由于切割过程
8、会对硅片表面造成一定损伤和并出现浆料残留现象，通常会使用加热过的氢氧化钠溶液材料图一：全球光伏组件供需关系。需求图(左)显示了预计的需求量分别处于最差、中等和最好时的情况。这张图与产量图(右) 共同界定了 供需情况图二：晶硅组件生产标准工艺流程2技术去除硅片表面污染，并将10m的受损硅片表层腐蚀掉。随后，使用加入了异丙醇作为增润剂的稀氢氧化钠溶液对硅片进行制绒。最后在热扩散步骤中，通过在高温炉(约1000 C)内把硅片置于纯度极高并可控的环境中从而形成p-n(正极-负极)结。在这一过程中，最上面的0.5m硅片将被磷元素掺杂，从而形成n型电导性能，进而形成p-n结。而剩余的硅片则保持p型电导性能
9、，并起到阻止由光子激发的电荷被电池吸收的作用。为进一步减少反射并使电池的光吸收特性最大化，可通过等离子增强化学气象沉积(PECVD)工艺生长一层超薄氮化硅(SiNx)减反射层(60-80nm)。最后用丝网印刷法在前后表面分别使用银浆丝网和铝浆形成相应电极。电池制作完成后，将被串联并层压而制成组件。在这道工序中，不同的电池首先通过焊带连接成电池串。电池随后被放置于平板玻璃上并连接到主栅线焊带，使用EVA将其与背板一起封装，然后在层压后的组件外部加装铝框架。最后，安装接线盒并测试组件。“根据组件生产成本的组成，业界正 在降低各关键的成本组成，并在价值 链上明确了潜在的减本方向”2011年的晶硅组件
10、产量中，多晶硅组件大约占到了75%，单晶硅组件仅占25%。多晶硅电池的平均效率为14.85%，而单晶硅电池的平均效率为15.15%；因此市面上电池效率的加权平均值为14.93%。2011年内，市场上硅片厚度的平均值估计在180-200m。多晶硅原料消耗为每瓦6.16克，而多晶硅平均价格为每公斤50美元。在这些条件下，组件生产的成本平均值预计为每瓦1.12美元，总成本大致可划分为66%的材料、13%的人工、14%的折旧、5%的日常管理开销。材料成本中很大一部分用于购置多晶硅原料，大约占到了28%。非多晶硅成本约为每瓦0.45美元。这当中，浆料(10%)、线锯(14%)、金属浆料(24%)、 EV
11、A/PVB(11%)、边框(11%)和玻璃(7%)是其主要组成部分。根据组件生产成本的组成，业界正在降低各关键的成本组成(多晶硅、线锯、金属浆料等)，并在价值链上明确了潜在的减本方向。光伏原料及耗材的减本领域尽管降低晶硅供应链上原料及耗材成本的方法有很多，但其中有若干领域是较为重要的。在这些当中，最关键的领域包括优化切片工艺、用n型结构代替p型结构、优化金属化工艺以减少银浆使用量等。根据目前标准组件制造流程来看，浆料和线锯大约占非硅材料成本的四分之一。这种工艺中的线痕损失始终是一个大问题。未来两年，通过使用结构化金刚线锯代替传统钢线锯本身，即可在切片工艺上实现相当大的成本节约。到2015年，线
12、锯切割工艺有望被创新性的无损切片技术取代，该技术可确保硅片厚度低至20m，几乎为现有商业生产线所能实现的十分之一。由于载流子寿命及体电阻率的增加可以有效增加电池的效率，用n型硅结构替代p型结构逐渐受到重视。工艺优化和创新性可印刷掺杂剂为工业大规模生产n型电池铺平了道路，该方案应可以在未来大幅降低成本。金属浆料占到了非硅材料成本的24%。因此优化丝网印刷工艺对最终的成本核算十分重要。二次印刷、主栅线设计优化、直接喷涂技术、镍薄膜接触层等技术正在被使用或进行测试。这些技术具有在2016年将成本降低30%的潜力。其中一些工艺升级技术的认可度较高，被采用速度比较快，根据不同的应用情况和技术采用度，一些
13、工艺将会加速成本的降低。如上文所述，目前标准的生产成本为每瓦1.12美元，但是随着新技术的应用，该成本可能会在2016年降至每瓦0.64美元。下滑的多晶硅价格可能会降低整个行业内的生产成本，而并不仅仅是上文所提及的这些。假设在2016年多晶硅价格为每公斤20美元，硅料用量为每瓦5.01克，而电池效率提升了一个百分点，这样的材料图三：晶硅组件生产成本图片来源：AEI Consulting3www.pv- | 每日光伏新闻技术话，硅料成本就变成每瓦0.10美元，仅为目前每瓦0.31美元水平的68%。技术升级和硅料价格下降的综合影响可能会使组件生产成本在2016年从目前的每瓦1.12美元降至每瓦0.
14、43美元降幅高达62%。金刚石线(3)金刚石线的产生是为了取代目前所使用的传统多线浆料型线锯(MWSS)；但是这种工艺目前仍然价格不菲。在这种技术中切割线上附有的金刚石颗粒取代了传统的碳化硅颗粒成为打磨元件。金刚石线锯具有非常高的切割速度(是材料图四：潜在的减本领域图五：成本降低潜力图片来源：AEI Consulting图片来源：AEI Consulting4技术MWSS的2-5倍)：一些公司，如日本瑞德有限公司(Read Co. Ltd)，宣称其金刚石线锯切割技术比浆料型钢线锯的切割速度快了5倍。这显然实现了更高的生产效率，降低了切割线损耗并最终在价值层面降低了购置成本。由于金刚石线采用了固
15、定的金刚石颗粒，从而免除了对浆料(碳化硅与聚乙二醇)的使用，进而节省了相应的成本。金刚石线锯同时具有非常高的拉力强度，可以重复切割多次，从而降低了线锯的使用量。梅耶博格公司(Meyer Burger)已经在其DS265切片机上展示了低于3m/片(156mm硅片)的线锯消耗量。但是如上文所述，金刚石线目前造价过高，在每千米375-450美元(瑞德在日本目前的售价为每千米450美元)之间，而浆料法的线锯售价仅为每千米1-2美元，如此看来，在该技术可以对整个行业成本下降做出贡献之前，我们尚需等待其本身的成本得到下调。在2011年，浆料法线锯的造价为每千米1.28美元，而每片156mm硅片将耗损185
16、米切割线。每片硅片的浆料成本为0.16美元，折旧成本约为0.12美元。因此可算出浆料法切片技术的购置成本为每片0.512美元。金刚石线锯的高切割速度和拉力强度使其消耗量降为每片1-3米。综合高产量与低折旧，成本大约计为每瓦0.03美元，并且没有浆料成本。假设金刚石线造价为每千米250美元，产品的运行成本则约为每片0.32美元。这就意味着金刚石线据切片替代浆料线锯切片的净利润为每片0.19美元。假设电池效率的加权平均值为14.93%，就意味着每瓦0.05美元的净利润值。五美分的购买力没有多少，但是在光伏行业里五美分的作用极为重要，因为它可以将组件的每瓦售价降到1美元以下。结构线(4)如上文所述，目前行业中晶硅切片领域内最先进的技术是基于浆料法的线锯技术，该方法使用悬浮于液体介质 (浆料)中的打磨颗粒作为切割介质。该切片方法的生产效率和质量取决于对切割处的浆料运输能力。应用材料开发出了一种新工艺，该工艺采用直径为120m的超薄结构线进行切片。这种结构性线锯是一种带有许多在两个垂直平面交替出现褶皱形或波浪形结构
