眾所周知，傳統(tǒng)的硅片制造工藝步驟繁多且浪費(fèi)嚴(yán)重。光伏產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菑亩嗑Ч杼峒冮_(kāi)始的。多晶硅料的制備是一個(gè)高能耗的過(guò)程，得到的是高純硅材料。然而，如此高純的硅材料卻在接下來(lái)的硅片制備中白白浪費(fèi)了50%。因此，行業(yè)亟需一種新的工藝避免浪費(fèi)，在節(jié)約能源的同時(shí)降低硅片成本。

數(shù)十年來(lái)，業(yè)界都在積極探索避免浪費(fèi)的新工藝，寄希望于從硅的熔液中直接獲得硅片。全球范圍內(nèi)大大小小的公司都曾試圖破解這一難題。雖然取得了一些進(jìn)展，但仍然無(wú)法與傳統(tǒng)的鑄錠切片工藝相抗衡。

轉(zhuǎn)機(jī)在2008年出現(xiàn)。FrankVanMierlo，一位有著成功經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)家，成功說(shuō)服了一些業(yè)內(nèi)專家，一同創(chuàng)辦了1366科技，立志革新硅片加工工藝。名稱中的1366取自太陽(yáng)在地球外太空的平均能量密度，即1366瓦每平米。人類對(duì)能源的需求，每平米遠(yuǎn)小于1W。即太陽(yáng)可以為人類活動(dòng)提供足夠的能源。

1366科技吸納了很多有經(jīng)驗(yàn)的工程師，他們非常清楚早期各種嘗試的不足?；贛IT的新工藝，以及7年堅(jiān)持不懈的努力，1366科技成功開(kāi)發(fā)出了可商業(yè)化的全新工藝，避免了浪費(fèi)，使硅片成本降低一半，能耗降低三分之二。這一突破集合了MIT、歐美公司和一些知名研究機(jī)構(gòu)的集體智慧，完美解開(kāi)了困擾業(yè)內(nèi)近40年的難題，開(kāi)創(chuàng)了硅片制造的新標(biāo)準(zhǔn)。

圖：美國(guó)1366科技有限公司的創(chuàng)始人兼CEO Frank Van Mierlo

技術(shù)突破引發(fā)成本革命

自上世紀(jì)70年代起，硅片生產(chǎn)一直使用鑄錠切片工藝。鑄錠是指將多晶硅原料熔化再緩慢冷卻成一個(gè)大塊，即硅錠。然后，將硅錠切割成橫截面為硅片大小的小方錠，經(jīng)過(guò)截?cái)?、磨面和倒角等工藝后，使用線切割工藝切出薄薄的硅片。整個(gè)過(guò)程近一半的硅材料成為“切削”白白浪費(fèi)。

由于硅料成本昂貴，不少企業(yè)都嘗試尋求不需要切割的工藝方法。直接硅片的工藝，業(yè)界有一個(gè)專有名詞叫KERFLESS，不用切割的硅片。如夏普、GE、拜耳都做過(guò)一些嘗試，但是他們解決不了其中應(yīng)力的問(wèn)題。應(yīng)力的問(wèn)題不僅讓效率不高，同樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械過(guò)程之中的破片會(huì)比較高。而1366完全解決了應(yīng)力的問(wèn)題，使得效率不斷提升。Frank表示，“我們今天公布的效率是19.6%，在今年一季度效率一定會(huì)做到20%以上。同時(shí)，成本減半，能耗降低2/3。”

但不能忽視的是，傳統(tǒng)技術(shù)路線這幾年的進(jìn)步也非?？?，包括金剛線的切割代替過(guò)去砂線切割;黑硅技術(shù)幫助效率提高以及成本的縮減。面對(duì)這些技術(shù)路線的競(jìng)爭(zhēng)，1366科技顯得信心滿滿。

Frank指出，“金剛線切割也是屬于線切割的一種，這種技術(shù)已經(jīng)存在了很多年。PERC也是30多年的工藝，而N型的歷史比PERC還要久。1366科技則是一個(gè)全新的嘗試，如果來(lái)看未來(lái)的發(fā)展，我們相信N型只是一個(gè)小眾化的市場(chǎng)，也許它效率超高，但并不能不會(huì)解決能源危機(jī)與霧霾的問(wèn)題。1366科技和PERC的結(jié)合是1+1大于2的過(guò)程。PERC的鈍化會(huì)讓1366科技的硅片產(chǎn)生一個(gè)更好的效率提升。”

據(jù)記者了解，當(dāng)用到PERC技術(shù)的時(shí)候，如果厚度可以降低，對(duì)光子的利用可以更加充分，但現(xiàn)在的工藝沒(méi)有辦法讓硅片變得更薄。如果切得更薄，在切片環(huán)節(jié)將得不償失，使得電池生產(chǎn)過(guò)程的碎片率大幅提高。而1366科技是3D生長(zhǎng)的硅片，可以做到邊緣厚而中間薄，整個(gè)硅片同樣有基于200微米的強(qiáng)度。我們給下游的電池制造提供了更多的可能性。

“直接法硅片”獲巨頭認(rèn)可布局時(shí)機(jī)到來(lái)

這一突破性的技術(shù)飛躍似乎也得到了業(yè)界的認(rèn)可。瓦克多晶硅業(yè)務(wù)部門(mén)總裁EwaldSchindlbeck如此評(píng)價(jià)“直接法硅片”技術(shù)：“我們看到了‘直接法硅片’技術(shù)的巨大潛力，它將為加快太陽(yáng)能發(fā)電在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用做出卓越貢獻(xiàn)。直接從硅的溶液中生長(zhǎng)硅片的想法著實(shí)令人嘆服。不再產(chǎn)生硅的浪費(fèi)，更簡(jiǎn)單的工藝，更少的時(shí)間，卻能得到性能一致的最終產(chǎn)品。我們相信‘直接法硅片’工藝可以幫助晶體硅太陽(yáng)能電池鞏固其市場(chǎng)份額的主導(dǎo)地位，并為持續(xù)降低光伏系統(tǒng)的成本提供解決方案。我們都希望可以降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本，使其面對(duì)化石能源時(shí)更具競(jìng)爭(zhēng)力，與1366科技的合作伙伴關(guān)系開(kāi)創(chuàng)未來(lái)的解決方案。”

2016年年底，1366科技宣布，其與韓華QCELLS合作刷新了直接硅片技術(shù)新的性能記錄——19.6%的電池轉(zhuǎn)化效率。該結(jié)果得到了德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所光伏校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)立確認(rèn)。其清晰地展示了1366科技的非切削直接硅片技術(shù)與韓華QCELLS的Q.ANTUM背鈍化電池這兩種創(chuàng)新科技相結(jié)合的潛力。這些硅片來(lái)自于1366科技位于馬薩諸塞州貝德福德工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，并在韓華QCELLS位于德國(guó)塔爾海姆的技術(shù)創(chuàng)新中心完成了電池制造。“這些最新的研究成果體現(xiàn)了直接硅片與Q.ANTUM電池技術(shù)打破傳統(tǒng)硅片與電池技術(shù)工藝技術(shù)局限的潛力。”韓華QCELLS硅材料研發(fā)高級(jí)經(jīng)理凱?彼得表示。

“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們覺(jué)得光伏未來(lái)效率確實(shí)需要做到很高，衛(wèi)星上可以做到將近50%的轉(zhuǎn)化效率，這個(gè)效率通過(guò)多節(jié)電池疊層電池實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)你需要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，你就需要一個(gè)很便宜的襯底材料，我們覺(jué)得直接法硅片是有希望成為成本比較低的襯底材料做成疊層電池，這是長(zhǎng)久的未來(lái)。”Frank表示。

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