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1、太阳能电池用硅材料国内外现状与技术进展2005年6月1目录1 引言2 太阳能电池的分类和光伏产业价值链 3 太阳能用硅材料的生产工艺 4 国外太阳能电池用硅材料现状 5 国外太阳能电池用硅材料近年来的技术进展 6 国内太阳能电池用硅材料现状 7 发展国内太阳能电池用硅材料的思考21引言1-1硅材料的应用领域1-1-1半导体用硅材料1-1-2太阳能电池用硅材料1-2半导体硅材料简介1-2-1世界半导体硅材料工业现状1-2-2国内半导体硅材料工业现状31-1硅材料的应用领域工业硅（又称：结晶硅或金属硅）半导体用硅材料含硅化合物（SiHCl3,SiH4） 太阳能用硅材料半导体用多晶硅太阳能用多晶硅（
2、又称：高纯硅或超纯硅）(Solargradesilicon)单晶硅锭单晶硅锭多晶硅锭各种硅片单晶硅片多晶硅片 各种半导体器件 单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池在半导体应用中还有半导体设备零件及消耗材料等硅材料的另一应用领域在红外光学红外滤光片4半导体用硅材料半导体器件集成电路 IC分立器件 Discretes微机电系统和微光机电系统 MEMSMOEMS硅材料抛光片（PolishedWafer）外延片（Epiwafer）SOI （SilicononInsulator ）应变硅（StainedSilicon）应变SOI （StainedSilicononInsulator） 研磨片（LappedW
3、afer）腐蚀片（EtchedWafer）抛光片 （PolishedWafer）双面抛光片（DoublePolishedWafer）腐蚀片（EtchedWafer）SOI （SilicononInsulator） 5太阳能电池用硅材料太阳能电池类型单晶硅太阳能电池（sc-Si Cell）多晶硅太阳能（mc-Si Cell ）硅材料CZ单晶硅片FZ单晶硅片多晶硅片（包括铸造、电磁铸造多晶硅及带硅）6世界半导体硅材料工业现状（1）20002004年世界硅片发货量Worldwide Silicon Data20002001200220032004Area Shipments (MSI)5,551 3
4、,9404,6815,149 6,262Revenues ($B)7.55.25.55.87.3来源：SEMISiliconManufacturersGroup(SMG)2004年Q3Q4各种硅片的比例7世界半导体硅材料工业现状（2）2004年世界硅片发货量较2003年增长22%。销售收入增长26%。与2000年相比，发货量增加13%，销售收入却下降3%。19952004年ASP(AverageSellingPrice)指数10年间从1下降到0.68。Gartner预测2005年世界硅片需求放缓，面积增长仅3%。8世界半导体硅材料工业现状（3）2004年世界主要硅片生产商排名Shin-Etsu
5、HandotaiSUMCO（SumitomoMitsubishiSiliconCorporation）MEMCElectronicMaterialsSiltronic（WackerSiltronic）以上4家占世界市场份额的80%KomatsuElectronicMetalsToshibaCeramicsLGSiltron以上7家占世界市场份额的95%9世界半导体硅材料工业现状（4）产业特点：资金密集技术密集生产集中化程度越来越高受硅周期影响效益低技术方向：大直径化，200mm是主流，正向300mm过渡，下一个目标将是450mm高端应用向SOI、StainedSilicon及StainedSO
6、I发展10国内半导体硅材料工业现状（1）2004年多晶硅产量不到50T；硅单晶产量达到约1700T，增长幅度约43%，主要是由于太阳能硅单晶大幅度增长；抛光片稳步增长，但直径仍限于6英寸及以下。11国内半导体硅材料工业现状（2）产业规模小而分散 全国抛光片产量占世界产量的3%左右，不及韩国LG Siltron一家。技术水平低 只能生产6英寸及以下的硅片，与我国IC工业的发展形成鲜明对比。多晶硅产量低单晶硅产量迅速增加外延片生产有发展SOI从无到有前景12国内半导体硅材料工业现状（2）主要半导体硅材料企业主要半导体硅材料企业IC抛光片抛光片北京有研硅股（CZ单晶抛光片、FZ单晶研磨片）宁波立立电
7、子（CZ单晶抛光片、Epi）洛阳单晶硅（包括MCL）（CZ单晶抛光片、FZ单晶研磨片）上海合晶硅材料（CZ单晶抛光片）上海申和热磁电子（抛光片）昆山中辰矽晶（即将）浙江万向硅峰电子（即将）湖州新元泰微电子（即将）外延片外延片河北普兴电子材料 南京国盛电子 SOI上海新傲科技（SOI、Epi）13国内半导体硅材料工业现状（3）主要半导体硅材料企业主要半导体硅材料企业(续)分立器件研磨片分立器件研磨片峨嵋半导体材料（多晶、CZ单晶研磨片、FZ单晶研磨片）杭州海纳半导体（CZ单晶研磨片）河北晶龙集团（CZ单晶研磨片）西安骊晶电子技术（CZ单晶研磨片）天津市环欧半导体材料技术（FZ单晶研磨片）上海卡姆
8、丹克半导体（CZ单晶研磨片）上海通用硅材料（CZ单晶研磨片）142太阳能电池的分类和光伏产业价值链2-1太阳能电池的分类2-1-1各种太阳能电池的市场份额2-1-2 晶体硅太阳能电池的发展趋势2-2 光伏产业价值链 15太阳能电池的分类各种太阳能电池的市场份额2004年太阳能电池产量1,194.7MW，增长60.6%，其中：16太阳能电池的分类晶体硅太阳能电池的发展趋势mc-Si比例总体上升趋势，但04年有所下降，从03年的61.3%下降至56%；sc-Si比例止住了下降趋势，由03年的26.9%上升至28.7%。而且同比增长（71%），超过mc-Si（46.8%）。如果包括a-Si/scSi
9、，则比例达到32.1%,同比增长75%。Ribbon比例由03年的0.9%,提高至3.4%，同比增长502.9%； 晶体硅晶体硅（包括mc-Si,sc-Si,a-Si/scSi和Ribbon）的比例近4年来变化不大，在91.1%93.1%之间；17光伏产业价值链183太阳能用硅材料的生产工艺1-1单晶锭1-1-1CZ法1-1-2FZ法1-2 多晶锭1-2-1 铸造多晶硅1-2-1EMC多晶硅19太阳能用硅材料的生产工艺CZ法来源：CGS20太阳能用硅材料的生产工艺CZ法1熔化2稳定3引晶4缩径5放肩6等径来源：CGS21太阳能用硅材料的生产工艺FZ法FZ来源：CGS22太阳能用硅材料的生产工艺
10、 多晶浇注法来源：23太阳能用硅材料的生产工艺 多晶浇注设备HEM DSS24太阳能用硅材料的生产工艺 多晶硅锭25太阳能用硅材料的生产工艺 方法比较NREL Silicon Growth Methods - A ComparisonMethodWidth（cm）Weight(kg)GrowthRate(mm/min)GrowthRate(kg/h)Throughput(m2/day)EnergyUse(kWh/kg)EnergyUse(kWh/m2)Efficiency(Typical,best)FZ15502-4480303618,24CZ15500.6-1.21.53018-4021-4
11、815,20DS(定向结晶)692400.1-0.63.5708-159-1714,18EMC(电磁铸造)354001.5-230600123530%R&D同时拉制2条或4条带硅厚度150 m534-4太阳能硅片的规范SEMI标准（1）SEMI M6-1000SPECIFICATIONFORSILICONWAFERSFORUSEASPHOTOVOLATICSOLARCELLS1981,1985,20001 Purpose2 Scope3 Referenced Standards4 Terminology5 Ordering Information6 Requirements7 Test Met
12、hods8 Certification9 Packing and Package LabelingAppendix 154太阳能硅片的规范SEMI标准（2）Requirements6.1Dimensions and Permissible Variations6.1.1Wafer Thickness and Variation6.1.2 Rectangular Mainly Square Dimensions Square Crystalline Silicon Wafer Dimensions Circular Monocrystalline Photovoltaic Solar Cell
13、Silicon Wafer Pseudo- Square Monocrystalline Photovoltaic Solar Cell Silicon Wafer6.2Materials and Manufacture6.3 Physical ParametersConductivity type and dopantResistivityAmounts of impurities (oxygen snd carbon content) Diffusion length and Minority-carrier lifetime6.4Wafer defect limits6.5Samplin
14、g 55太阳能硅片的规范SEMI标准（2）附录附录 1（硅片物理参数的典型值）晶向：（sc）电阻率：0.52-cm氧、碳含量：Oi11018(CZ);81017(mc)Ci51017(CZ);11018(mc)寿命和少子扩散长度：120s564-5趋势及分析世界能源和环境状况决定了光伏产业将继续以较高的速度发展。但04年的超常发展并非是由于产业本身技术上的突破，而主要是政府政策拉动的结果，这种拉动对光伏产业的发展在一定时期是必要的，但不可能长期延续。光伏产业在上述超常发展的情况下，遇到了多晶硅的短缺，造成了包括硅材料在内的产业高利润，从而造成了资本市场和股票市场的追捧。这是暂时现象。多晶硅瓶颈
15、问题，23年时间应能解决。光伏产业必将回归于理性发展。近年来的发展表明，晶体硅太阳能电池的地位短时间内无法撼动。晶体硅太阳能电池中，并未像预料的那样，多晶硅的比例持续上升，单晶硅比例持续下降。单晶硅有两条路可走：低成本工艺和高质量工艺。当前情况下薄片工艺和节约原材料的Ribbon工艺受到重视。576国内太阳能电池用硅材料现状6-1概述6-2主要生产商简介6-3趋势及分析58国内太阳能电池用硅材料现状6-1概述CZ单晶锭生产快速发展产量地域外资大部晶锭直接出口企业价值链短硅片加工薄弱多晶硅片生产企业少与国内太阳能电池企业发展结构上脱节59国内太阳能电池用硅材料现状概述 硅单晶产量2004年单晶硅
16、产量（吨）单晶总产量1700太阳能单晶产量1200太阳能单晶生产能力2000近年来我国硅单晶产量注：单晶硅产量及生产能力估算见附件160国内太阳能电池用硅材料现状概述 多晶硅锭、片保定英利新能源有限公司6浙江精功光电有限公司2我国多晶硅片生产能力（MW）61国内太阳能电池用硅材料现状概述 硅片加工国内太阳能硅片加工环节十分薄弱。除保定英利新能源浙江精功光电配套多晶硅片加工外，太阳能单晶生产企业中只有晶龙有少量多线切割能力。专业硅片加工企业目前仅一家，即镇江环太硅科技有限公司。切割能力约为1000万片/年。62国内现状主要生产商单晶锭、片生产企业（1）河北宁晋单晶硅工业园区 宁晋松宫半导体有限公
17、司 河北晶龙集团廊坊松宫半导体有限公司（北京明成光电子材料有限公司）辽宁锦州单晶硅生产基地锦州新日硅材料有限公司锦州华日硅材料有限公司锦州华昌硅材料有限公司江苏顺大半导体发展有限公司63国内现状主要生产商单晶锭、片生产企业（2）中国江苏荀氏集团所属企业（常州） 常州亿晶光电科技 江苏华日源电子科技另有河北涿鹿中源硅等国内部分半导体硅材料生产商也生产太阳能单晶：峨嵋半导体材料西安骊晶电子技术万向硅峰电子上海卡姆丹克半导体上海通用硅材料全国各地小型太阳能单晶锭生产企业大量涌现仅河北晶龙集团和上海通用硅材料有少量线切割能力64国内现状主要生产商单晶锭、片生产企业（3）河北宁晋单晶硅工业园区宁晋松宫半
18、导体有限公司由日本松宫半导体技术株式会社控股，是国内最大的晶锭生产商。产品出口日本，在松宫的仙台工場经线切割加工成硅片销售。河北晶龙集团由原晶隆半导体厂改制而成，以半导体硅棒、片内销为主。当前拥有单晶炉180余台，年生产能力超过1000吨。并有多家石墨器件和石英制品等配套企业。2004年单晶硅棒生产718吨，同比增长123.68%，销售748吨，增长97.36%，其中出口661吨。近年来生产情况如下：今年3月晶龙集团与三河市华电亿力科贸有限公司共同投资的华电亿力硅单晶多线切割产业化项目已在燕郊开发区开工。总投资6237万元，年产单晶硅棒240吨、硅片1800万片。预计一期工程今年9月底投产，年
19、产超薄型硅单晶圆片和方片900万片。与澳大利亚合资的晶龙中澳太阳能发展有限公司的成立，企业价值链向下游延伸，迈开走向垂直集成型光伏企业的步伐。20012002200320042005预计120268（松宫）321718100065国内现状主要生产商单晶锭、片生产企业（4）辽宁锦州单晶硅生产基地现有与日本宇宙能源株式会社（原名金属再生株式会社）合资（外方25%）的新日硅材料有限公司和华日硅材料有限公司以及与香港合资的华昌硅材料有限公司共三家企业。当前拥有单晶炉30台，生产能力约188吨。2004年生产约100吨。预计今年产量200吨。在建项目阳光能源硅材料有限公司，与日本宇宙能源株式会社合资，年
20、产万片太阳能电池用英寸硅片项目列入国家发改委2004年第一批振兴东北老工业基地高新技术产业发展专项计划。装备TDR-80和85炉50台及多线切割设备，企业价值链得以延伸。另一在建项目是与香港合资的佑华硅材料有限公司，80炉20台。年底规模可达单晶炉100台，设备能力国内第二。66国内现状主要生产商单晶锭、片生产企业（5）江苏顺大半导体发展有限公司江苏高邮。项目一期总投资1.5亿元，03年10月破土动工。7月份第一批14台单晶炉投产。05年初46台套单晶炉全部投产。生产能力400吨/年。今年该公司与德国公司签订了投资万美元单晶硅扩大生产协议。已有引进切片设备对现有产品进行深度加工的举措。67国内
21、现状主要生产商单晶锭、片生产企业（6）在建和筹建的单晶锭、片企业华电亿力硅单晶多线切割产业化项目（单晶及硅片）阳光能源硅材料有限公司（单晶及硅片）佑华硅材料有限公司（单晶）江苏顺大半导体发展有限公司（单晶及硅片）常州天合光能有限公司（单晶，24台）浙江嘉兴嘉晶电子有限公司（初期单晶，20台）河北涿鹿信息产业研发基地（单晶，年内安装50台）68国内现状主要生产商简介多晶硅锭、片生产企业保定英利新能源有限公司垂直集成型，目前公司具有6MW多晶硅片、10MW电池片、50MW电池组件的生产能力。今年二期投资完成后,公司硅片的年生产能力将达到70MW，将新增DSS多晶硅铸锭机20台,破锭机3台,多线切割
22、机5台。浙江精功光电有限公司（前身为浙江中意太阳能有限公司）原为中方与意大利ENITECHNOLOGIE合资企业，多晶硅片生产能力2MW。有扩大生产规模至20MW的计划。69国内现状主要生产商多晶硅锭、片生产企业（2）在建和筹建的多晶锭、片企业精功绍兴太阳能技术有限公司（筹建）精功集团与德国布莱斯-戴姆勒集团(Preiss-Daimler)共同投资兴建。引进GTSola设备和技术。一期10MW，二期将达20MW。力诺太阳能基地项目（济南） 太阳能多晶硅片2500万片，太阳能电池片50MW，太阳能电池组件50MW，太阳能电站10MW。 该项目第一期是利用现有土地和厂房，购置多晶硅铸锭炉5台，1台
23、破锭机和1台SD-B型线切割机等主要设备。年产量为多晶硅片500万片,第二期1000万片，第三期2500万片（新疆新能源公司20MW硅片项目，资金筹措中）70国内现状主要生产商简介专业硅片加工企业镇江环太硅科技有限公司在无锡尚德太阳能电力有限公司支持下2004年兴办。从事太阳能级单晶、多晶硅片的切割加工。瑞士进口的多线切割机2台，切割能力1000万片/年。71国内现状趋势及分析（1）单晶硅生产继续高速发展 较大扩建、在建和筹建的单晶锭、片企业（项目）7个单晶硅生产能力（吨）多晶硅片正在发展 扩建、在建项目2个多晶硅片生产能力（MW）硅片加工得到重视 单晶硅片在建项目2个，04年新增硅片加工能力
24、2500万片04年产量04年生产能力05年生产能力12002000300004年产量04年生产能力05年生产能力88728272国内现状趋势及分析（2）和国外情况不同，我国太阳能用单晶硅的比例大大高于多晶硅。形成的原因是：国内廉价单晶炉设备优势；半导体硅单晶生产有一定基础；技术门槛低。国内太阳能硅材料产业存在的主要问题是：1硅材料的发展偏重于单晶硅，而且是单晶硅锭。硅片加工能力严重不配套。企业价值链过短，缺乏企业发展所必需的独立性和自主性，使企业的增值能力受到严重影响；多晶硅材料处于起步阶段。2产业价值链仍存在严重脱节。单晶硅绝大部分出口；缺乏切片能力；电池片企业所需大量硅片几乎都以赖进口。作
25、为一个企业其价值链的长短虽然重要，但要根据企业的具体财力、技术能力和管理能力而定。而作为国家则必须考虑。73附：台湾的太阳能硅材料简介台湾的光伏产业概况台湾的太阳能硅材料中美矽晶中美矽晶 自行开发CZ高效太阳能单晶工艺 目前产量6-8T/月 將在竹南基地兴建一座新厂，8英寸为主。未来扩产至180T/月 绿能科技绿能科技 大同集团的尚志半导体投资7.8億元台币，向GT Solar购置13台DSS多晶锭生长炉。明年5月量產，多晶硅片產能25MW。 合晶科技合晶科技 其上海子公司上海晶技电子材料有限公司将投入太阳能硅材料生产。 747发展国内太阳能电池用硅材料的思考光伏产业前途广阔，太阳能硅材料也大有发展前景。目前的超常发展和高利润是暂时的。两、三年内随着多晶硅瓶颈的解决，产业将回归理性发展。对此必须要有充分准备。必须要依靠技术和管理在这个行业立足。必须解决晶锭生产能力和硅片加工能力严重不配套，企业价值链过短，缺乏增值能力问题；以及产业价值链存在严重脱节问题。这将会严重阻碍我国光伏产业的健康发展。近年来的发展表明，晶体硅太阳能电池的地位短时间内无法撼动。单晶硅有两条路可走：低成本工艺和高质量工艺。发展太阳能原料多晶硅一定要采用专用低成本工艺。走粒状多晶硅工艺路线有利于硅晶锭的低成本生产。75致谢施承启郭瑾叶祖超江瑞生汪永森徐昌华董尧德严世权76谢谢！欢迎指正!li.77
