太阳能电池片科普系列——单晶硅篇

  试问2017年光伏圈什么最火单多晶之争，无论是上游单晶占比，还是光伏电站建设的选择，单多晶大战都呈现出越来越激烈的态势，不禁让人感叹，本是同根生，相煎何太急啊，不过也正是由于这个原因，想通过单多晶之争来大幅拉低市场行情报价的机遇党还是不要再等了吧。

  小编认为，单多晶之争其实就是技术、成本和效益之间的竞争，更多是原材料之争，给了你单晶我多晶产线自然就少了一点，而单晶和多晶，原本就像是一家人，很多的生产工序是可以共用的（不过需要匹配不同的相应的工艺）。而这篇文章笔者将主要带你了解单晶硅锭的生产制造过程。

  直拉法是目前国内大面积使用较多的单晶硅制备技术，又称切克劳斯基法（Czoalsik： CZ  法）是1917年由切克斯基建立的一种晶体生长方法，现成为制备单晶硅的主要方法。利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法，又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片生产厂商大多采用这种技术。把高纯多晶硅放入高纯石英坩埚，在硅单晶炉内熔化；然后用一根固定在籽晶轴上的籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便在籽晶下端生长。  其基本原理如图所示。多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶硅锭的拉制。炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长及生长成的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转及提升速率，炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。CZ法是将硅料全部熔化后，由一点开始结晶，通常这样的提纯只能进行一次。

  设备和工艺最简单，容易实现自动控制；生产效率高，易于制备大直径单晶；容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低阻单晶。

  易被坩埚污染，硅单晶纯度降低，拉制的硅单晶电阻率大于50欧姆˙厘米，质量很难控制。

  悬浮区熔法比直拉法出现晚，由W˙G˙Pfann  1952年提出，P˙H˙keck等人1953年用来提纯半导体硅。悬浮区熔法是将多晶硅棒用卡具卡住上端，下端对准籽晶，高频电流通过线圈与多晶硅棒耦合，产生涡流，使多晶棒部分熔化，接好籽晶，自下而上使硅棒熔化和进行单晶生长，用此法制得的硅单晶叫区熔单晶。区熔法有水平区熔和悬浮区熔，前者大多数都用在锗提纯及生长锗单晶，硅单晶的生长则主要是采用悬浮区熔法，生长过程中不使用坩埚，熔区悬浮于多晶硅棒和下方生长出的单晶之间，区熔法不使用坩埚，污染少，经区熔提纯后生长的硅单晶纯度较高，含氧量和含碳量低。高阻硅单晶一般用此法生长。  目前区熔单晶应用场景范围比较窄，不及直拉工艺成熟，单晶中一些结构缺陷没有解决。

  （2）晶棒及坩埚拉升旋转机构：包括籽晶夹头，吊线）气氛压力控制：包括气体流量控制，真空系统及压力控制阀

  （1）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。杂质种类有硼，磷，锑，砷。

  （2）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉一定要关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持很多压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化。

  （3）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩劲生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4-6mm）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。

  （4）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。

  （5）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。

  （6）尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么效应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了尽最大可能避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。

  Fz硅单晶，是在惰性气体保护下，用射频加热制取的，它的基本设备由机械结构、电力供应及辅助设施构成。机械设备包括:晶体旋转及升降机构，高频线圈与晶棒相对移动的机构，硅棒料的夹持机构等。电力供应包括:高频电源及其传送电路，各机械运行的控制电路。高频电源的频率为2~4MHz。辅助设施包括:水冷系统和保护气体供应与控制管理系统、真空排气系统等。区熔硅单晶的生长

  将高质量的多晶硅棒料的表面打磨光滑，然后将一端切磨成锥形，再将打磨好的硅料进行腐蚀清洗，除去加工时的表面污染。装炉

  将腐蚀清洗后的硅棒料安装在射频线圈的上边。将准备好的籽晶装在射频线圈的下边。关上炉门，用真空泵排除空气后，向炉内充入情性气体

  (氮气或氢与氮的混合气等)，使炉内压力略高于大气压力。给射频圈送上高频电力加热，使硅棒底端开始熔化，将棒料下降与籽晶熔接。当溶液与籽晶充分熔接后，使射频线圈和棒料快速上升，以拉出一细长的晶颈，消除位错。

  晶颈拉完后，慢慢地让单晶直径增大到目标大小，此阶段称为放肩。放肩完成后，便转入等径生长，直到结束。如图所示

  纵观国内，虽然已经过了那个只能做高耗能的工业级硅，提纯完全靠进口的年代的时代，但是就目前而言，中国的硅产业依旧没有太多技术上的优势（相对而言），中国光伏行业的全力发展，也促进了硅产业的发展。太阳能发电以目前的技术看，远远没有发挥出硅材料的能力，未来，希望能有更多的人、更多的企业能够致力于技术上的创新，让中国的硅产业走向新的高度，让中国也能够做出世界级的芯片级硅。

  发电原理篇流程（电池片）篇工艺流程(硅片)篇制绒篇扩散篇刻蚀篇(镀膜)PECVD篇丝网印刷篇烧结篇组件封装篇多晶硅铸锭篇

  12月10日，清电硅业有限公司年产60GW单晶硅拉棒切片一期10GW项目联动调试仪式在哈密高新技术产业开发区南部循环经济产业园举行。据了解，清电硅业有限公司年产60GW单晶硅拉棒切片一期10GW项目总投资40亿元，2022年开工建设，2023年12月全面建成投产。该项目建成达产后，预计可实现年均出售的收益76亿元，

  12月15日，青海省西宁市人民政府副秘书长刘维珍在“新时代新青海新征程”西宁专场新闻发布会上介绍，西宁市规模以上工业增加值连续33个月保持20%以上增长，增速持续领跑全国。特别是10月份，西宁市规模以上工业增加值同比增长25.2%，分别高于全国、全省21.1和17.8个百分点。刘维珍介绍，2023年，西宁市

  10月30日，山西忻州市人民政府与江西沐邦高科股份有限公司战略合作协议在云中河温泉度假区签署。在忻州市政府与沐邦高科签署战略合作协议的同时，沐邦高科、一道新能源、忻州经济开发区管委会共同签署年产20GWN型单晶硅拉棒项目投资协议，沐邦高科与忻州经济开发区管委会签署相关补充协议。年产20GWN型

  10月9日，河北省人民政府办公厅发布关于促进电子信息产业高水平发展的意见，文件指出，到2025年,电子信息产业主要经营业务收入突破5000亿元,形成光伏、大数据两个千亿级产业集群;新增50家以上省级以上创新平台,行业研发投入强度达到5%。在集成电路、新型显示、大数据等重点领域突破一批关键核心技术;形成对

  10月10日，内蒙古自治区科学技术厅关于对内蒙古自治区政协十三届一次会议第0526号提案的答复。其中提到，在光伏装备领域，围绕光伏产业高端硅片制备、提升光伏电池光电转换效率等核心关键技术，重点布局了大直径半导体单晶硅研发、高效晶硅太阳电池、高效N型单晶硅棒硅片产品全序提效降本等研究及示范

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  新疆乌鲁木齐市：上半年多晶硅、单晶硅产量分别增长86.4%、54.1%

  乌鲁木齐市统计局数据显示，随着绿色生产生活方式加快形成，带动相关工业产品生产保持快速地增长。上半年，全国在能源产业绿色转型引领下，光伏电池、风力发电机组、水轮发电机组等产品产量同比分别增长54.5%、48.1%、32.3%，产业相关的绿色材料供给增加。其中，太阳能工业用超白玻璃、多晶硅、单晶硅分

  正信光电、中清国投等7家企业入围华林智慧能源300MW单晶硅组件框架采购项目

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  12月30日，上交所官网披露了陕西省水电开发集团股份有限公司(以下简称“陕西水电”或公司)首次公开发行股票招股说明书(申报稿)，公司IPO材料被正式受理。据悉，陕西水电本次拟公开发行股票数量不低于11,111.1112万股且不超过42,857.1428万股，占发行后公司总股本的比例不低于10%且不超过30%。拟于上交

  12月份，规模以上工业（以下简称规上工业）主要能源产品生产继续保持稳定增长。与11月份相比，原煤、天然气、电力增速有所放缓，原油增速加快。一、原煤、原油和天然气生产及相关情况原煤生产稳定增长，进口快速地增长。12月份，规上工业原煤产量4.1亿吨，同比增长1.9%，增速比11月份放缓2.7个百分点，日

  近日，河北昌黎中心城区污水厂分布式光伏发电项目正式并网发电成功。该项目位于河北省秦皇岛昌黎县内，充分的利用厂房屋顶、闲置空地、水池等区域建设而成，总装机容量1.82MW，安装了3100多块580Wp高功率光伏组件，项目采取“自发自用、余电上网”模式，预计每年可产生218万度绿色清洁电能，自用比例达到

  1月16日，2024年第一批可再次生产的能源发电补贴项目清单的报告公布。此次纳入2024年第一批可再次生产的能源发电补贴清单的项目共235个，核准/备案容量723.4兆瓦，其中：集中式发电项目21个、核准/备案容量543.6兆瓦，分布式发电项目214个、核准/备案容量179.8兆瓦。此次变更可再次生产的能源发电补贴清单的项目共17个，

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  1月15日，华北能源监管局公布2023年12月份12398热线投诉举报办理情况通报。2023年12月，华北能源监管局共收到国家能源局12398能源监管热线件，现将有关情况通报如下：一、当月接收情况2023年12月，共收到投诉举报91件。其中投诉83件，环比减少26.55%，同比减少23.85%，其中：用电

  1月15日，国家能源局湖南能源监管办行业监管处公布湖南“十四五”能源规划重点项目进度监测情况。截至2023年12月，纳入监测机制的能源建设项目计划投资共2406.2亿元。其中“十四五”期间计划投资总额为1923.5亿元，完成1081.2亿元，完成率56.21%。纳入监测机制的电源建设项目共16个，总投资为1221.8亿

  1月16日，西昌电力发布公告称，近日，公司控股子公司盐源丰光新能源有限公司（公司持股90%）收到《凉山州发展和改革委员会关于凉山州木里1#地块等7个光伏项目法人确认及实施方案有关意见的函》。经四川省发展改革委、四川省能源局审核并报备四川省政府，四川省发展改革委、四川省能源局原则上同意凉山

  在光伏产业链中，电池环节是驱动光伏技术进步的核心，也是促进行业持续降本增效的动力。纵观十年来的发展，不论是p型时代的一路赶超，还是n型时代的TOPCon、HJT和XBC百花齐放，光伏电池的技术迭代历程，同样是电池企业的发展史。台企的黄金时代在2015年以前，台湾太阳能电池企业“风光无两”，昱晶、茂

  福莱蒽特研究院&华能清能院！就HJT、钙钛矿等新型光伏技术签署合作协议

  从福莱蒽特未来技术研究院官微获悉，11月27日，杭州福莱蒽特未来技术研究院有限公司（简称“福莱蒽特研究院”）与中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司（简称“华能清能院”）签署合作协议。协议主要围绕福莱蒽特研究院与华能清能院在HJT、钙钛矿等新型光伏技术领域的合作，包括新型封装技术的权威

  在n型迭代浪潮中，TOPCon先行，今年已有密集项目落地，预计明年规模更为庞大，另一方面BC技术因其高效率、平台化等优势，闯入n型战局。作为n型技术的另一条代表路线，异质结怎么样应对两者的夹击，企业又将如何坚定信心，推动异质结产能、效率、降本等方面实现新突破？产能落地缓、市场需求起与密集投产

  10月23日，云南国际中标广西华磊新材料有限公司分布式光伏特许经营项目。项目位于广西平果市，规划建设分布式光伏16.5兆瓦，同步融入分布式光伏直流接入电解铝母排4兆瓦及新能源汽车充电桩。项目投运后，预计每年可为广西华磊公司提供绿电1597万千瓦时，节约标准煤约638吨，减少二氧化碳排放量15922吨

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  BC技术，无疑是当下光伏行业非常关注的技术路线。当光伏有突出贡献的公司隆基绿能董事长钟宝申提出，未来5-6年，BC类电池将成为晶硅电池的绝对主流，其大量产品都会走向BC路线。此言论一出，市场开始重新审视起BC技术。BC技术的发展历史最早可追溯至48年前。1975年，Schwartz和Lammert首次提出背接触式光伏电池

  光伏行业突发热闹。近日，隆基宣布BC电池将成为晶硅电池的绝对主流，态度明确，大家对BC电池的关注再掀高潮。这次小高潮，更像是当前光伏产业周期与宏观资本周期跌宕共振的一次宣泄，光伏行业近年来占主导的价值观正在受到挑战，从过去几年的“功利主义”向未来一段时间的“精致主义”转变。我们在2023