5月8日消息，光伏硅片是生產(chǎn)太陽能電池和組件的基本材料。每年有超過70億片光伏硅片被用于生產(chǎn)太陽能電池，因此硅片的生產(chǎn)技術(shù)對光伏產(chǎn)業(yè)有著十分重要的意義。

　　光伏硅片的原料是高純多晶硅。用于生產(chǎn)光伏硅片的多晶硅純度必須在6N級以上(即非硅雜質(zhì)總含量在1 ppm以下)，否則光伏電池的性能將受到很大的負(fù)面影響。

　　2007年后多晶硅片占比反超

　　生產(chǎn)光伏硅片有多種不同方法：運(yùn)用傳統(tǒng)的長晶切片技術(shù)可以生產(chǎn)出單晶和多晶硅片;而利用無切縫技術(shù)(Kerf-free)則不需切片過程，可以直接利用硅液、含硅氣體、或硅晶體生產(chǎn)硅片。

　　單晶和多晶硅片為大家所熟知，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠、適于大規(guī)模生產(chǎn)，但切片過程由于切縫而損失了近一半的硅料。為了減少硅料損失，各種不同的無切縫技術(shù)于是被研制出來。

　　圖1是無切縫硅片在太陽能電池生產(chǎn)中所占比例的變化趨勢圖。由圖中可見，此類硅片所占市場份額在過去幾年中不斷減少，現(xiàn)已遠(yuǎn)低于1%。

　　圖2是單晶硅片和多晶硅片所占相對比例在過去幾年的變化趨勢。由該圖可見，2007年前后單晶硅片所占比例與多晶硅片幾乎相同。但最近幾年多晶硅片所占比例不斷上升，而單晶硅片所占比例不斷下降。現(xiàn)在的比例大約是多晶硅片占70%，單晶硅片占30%。這一變化的原因在本文中也會加以說明。

　　圖3是多晶硅片價(jià)格在過去幾年的變化趨勢。由圖中可見，硅片價(jià)格在2010年第四季度達(dá)到3.8美元每片的高點(diǎn)，隨后不斷下降�，F(xiàn)在硅片價(jià)格約為0.8美元每片，不及兩年前的1/4。

　　這些變化趨勢，是市場條件和技術(shù)進(jìn)步相互作用的結(jié)果。

　　技術(shù)進(jìn)步提升市場競爭力

　　過去幾年，多晶硅片生產(chǎn)技術(shù)有了顯著進(jìn)步。例如，多晶鑄錠技術(shù)已從G4(每個(gè)硅錠重約270公斤，可切4×4=16個(gè)硅方)進(jìn)步到G5(5×5=25個(gè)硅方)，然后又進(jìn)步到G6(6×6=36個(gè)硅方)�，F(xiàn)在京運(yùn)通公司已推出最新的G7鑄錠技術(shù)，每個(gè)硅錠重達(dá)1200～1400公斤，可切7×7=49個(gè)硅方，生產(chǎn)效率大大提高。

　　隨著生產(chǎn)效率的提高，單位生產(chǎn)成本相應(yīng)降低。使用較新的G6或G7鑄錠技術(shù)，每公斤硅方的長晶相關(guān)成本與較舊的G5技術(shù)比較可降低20～30元，相當(dāng)于每個(gè)硅片的成本降低了0.4元以上�？紤]到現(xiàn)在多晶硅片的市場價(jià)格僅為5.8元左右，這一成本節(jié)省對生產(chǎn)廠家有重大意義。

　　新的多晶鑄錠技術(shù)不但可降低成本，同時(shí)也可提高硅片質(zhì)量。例如，G6和G7硅錠所產(chǎn)硅片的平均質(zhì)量就要比G5和G4硅片高。這是因?yàn)橄啾绕餑4和G5，G6和G7硅錠擁有較多的中心硅方，而中心硅方距離坩堝壁較遠(yuǎn)，鑄錠過程中受坩堝中所含雜質(zhì)的污染較少，因此硅片質(zhì)量較高。G6和G7各有16個(gè)和25個(gè)中心硅方，而G4和G5只分別有4個(gè)和9個(gè)中心硅方。使用G6和G7硅片生產(chǎn)的光伏電池也因此具有相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，最近光伏業(yè)界又推出了高效多晶鑄錠技術(shù)。使用普通的電池片制作工藝，高效多晶硅片可達(dá)到17.3%以上的轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)在最高可達(dá)18%左右。高效多晶鑄錠技術(shù)的關(guān)鍵在于降低晶體中的位錯(cuò)和其他缺陷。業(yè)界估計(jì)至少有十余種方法制作高效多晶，例如使用單晶碎片或多晶碎片作為籽晶，使用特殊坩堝或熱場等等。

　　多晶硅片成本的降低和轉(zhuǎn)換效率的提高，使多晶硅片的市場競爭力不斷提高。圖4是各種不同硅片技術(shù)的市場競爭力路線圖。該圖的縱軸是硅片的光電轉(zhuǎn)換效率，橫軸則是硅片的成本(倒數(shù))。圖的左下方區(qū)域表明成本高而轉(zhuǎn)換效率低，因此缺少競爭力。圖的右上方區(qū)域表明成本低而轉(zhuǎn)換效率高，因此競爭力很強(qiáng)。2010年，多晶硅片的轉(zhuǎn)換效率約為16%，價(jià)格約為每片3～4美元(見大菱形數(shù)據(jù)點(diǎn))，定義的競爭力曲線是左下方的曲線。當(dāng)時(shí)，絕大多數(shù)硅片技術(shù)都位于該曲線的右上方。因此，都具備一定競爭力而為市場所接受。到了2012年年底，多晶硅片的轉(zhuǎn)換效率提高到17.2%左右，價(jià)格降到了每片0.8美元左右(見圓形數(shù)據(jù)點(diǎn))，相應(yīng)的競爭力曲線是中間的曲線。從圖中可看到，此時(shí)多數(shù)其他硅片技術(shù)都已位于該曲線的左下方，包括普通(P型)單晶硅片，意味著這些技術(shù)已逐漸失去競爭力，市場占有率不斷降低。到2014年，多晶硅片的轉(zhuǎn)換效率預(yù)計(jì)將提高到18%以上，而成本降至每片0.5美元以下(見方形數(shù)據(jù)點(diǎn))，相應(yīng)的競爭力曲線是右上方的曲線。從圖中可看到，幾乎所有其他硅片技術(shù)此時(shí)都已位于上方曲線的左下方，失去了競爭力。唯一可能的例外是超薄的N型單晶片。因?yàn)镹型單晶片轉(zhuǎn)換效率可達(dá)23%以上，如其能如預(yù)期進(jìn)一步降低成本，則可能仍然具備對多晶硅片的競爭力。光伏硅片生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢表明，將來的硅片市場應(yīng)該是高效多晶硅片和超薄N型單晶片相互競爭的市場。

　　成本和效率是決勝關(guān)鍵

　　過去兩年光伏多晶硅片轉(zhuǎn)換效率不斷提高，成本逐步降低，市場占有率也不斷提高。

　　今后一段時(shí)間，這一技術(shù)趨勢預(yù)期還將繼續(xù)。兩年后以多晶硅片為基礎(chǔ)的光伏電池的平均轉(zhuǎn)換效率有望超過18%，成本有望低于每片50美分(約每瓦12美分)。

　　多晶硅片技術(shù)的上述進(jìn)步對其他硅片技術(shù)形成壓力。多數(shù)這類技術(shù)將因?yàn)檫M(jìn)步相對較慢，缺乏競爭力而逐漸失去市場。

　　一方面，硅片市場的“效率門檻”不斷提高。兩年前轉(zhuǎn)換效率高于10%即可進(jìn)入市場，現(xiàn)在如效率低于15%，則無論價(jià)格多低都不可能進(jìn)入主流市場。兩年后這一“效率門檻”將提升至約17%。因此，有損效率的低價(jià)硅片路線是走不通的。

　　另一方面，有可能取代多晶硅片的技術(shù)必須在效率和成本兩方面展現(xiàn)優(yōu)勢�，F(xiàn)在正在使用或研發(fā)中的硅片技術(shù)中尚未發(fā)現(xiàn)在效率和成本方面有希望明顯優(yōu)于多晶硅片的技術(shù)，因此在可以預(yù)見的將來多晶硅片仍將是光伏市場中的主流技術(shù)，其市場占有率將不斷提高。

　　一個(gè)可能的黑馬是超薄N型單晶片。如其平均轉(zhuǎn)換效率超過23%，硅片成本降低一半以上，且電池制造成本相應(yīng)降低，則可能在將來對多晶硅片形成有力挑戰(zhàn)。

圖1 無切縫硅片所占市場份額變化趨勢

圖2 多晶硅片和單晶硅片所占相對比例變化趨勢

圖3 2010年～2012年多晶硅片價(jià)格變化趨勢

圖4 硅片技術(shù)市場競爭力路線圖