由普羅公司自行研發的PM法太陽級多晶硅提純技術,采用爐外精煉、濕法冶金、DVC真空等三個步驟,以純度為2~3N的金屬硅作為原料,得到純度6.3~6.7N的太陽能級多晶硅。該工藝的單位能耗僅為12度電/kg,沒有任何污染,綜合成本僅為7.8萬元人民幣/噸,完全能夠滿足光伏發電對于多晶硅的成本需求。
冶金法多晶硅從誕生之日起,所有人就都知道其成本優勢,但也一直被人詬病。無論如何,為什么從2008年正式宣布生產,到現在已經近四年的時間,還沒有能夠在業界占據一定的位置?
這是由于,過去的冶金法一直存在著三個問題,使得人們對之心存疑慮:1)電池轉換效率低;2)光致衰減大;3)質量不穩定。這三個問題,就是冶金法多晶硅自從問世以來到目前為止,一直沒有得到大量應用的原因。其中,前兩個問題限制了冶金法多晶硅的質量,第三個問題使得冶金法多晶硅難以推廣應用。
冶金法多晶電池的轉換效率從2008年的13%開始到2011年的16%,雖然逐年穩步上升,但始終落后于西門子法多晶硅的效率大約0.6~1個百分點。冶金法剛問世時,光致衰減(LID)達到了20%,也讓業界十分憂慮。盡管從2010年后,冶金法多晶電池的LID已經比西門子法的LID還要低,達到了0.6%的水平;但用冶金法多晶硅所拉制的單晶電池的LID還高達4%,因此,這也是人們對于長期衰減的憂慮之一。而質量不穩定,則是冶金法的工藝所決定的、幾乎被人為是固有的缺點。因為,所有冶金法的工藝的最后一個過程毫無例外地都是定向凝固過程,也就是利用雜質在硅的固液相之間的分凝作用進行偏析來達到提純的目的,這個過程本身就是把雜質從均勻分布變成不均勻的過程,因此,批次之間,甚至同一批次的不同位置之間的雜質含量都不同,這是一個必然的現象,但也是困擾光伏的下游用戶的一個大問題之一。
冶金法多晶硅在問世四年的時間都不能得到大面積應用,不僅造成了業界的疑惑,連冶金法的開發者自己也陷入困擾。2010年,上海普羅首先總結出了冶金法多晶硅的上述三大問題,并指出上述三大問題的原因其實是一個原因的不同表現:那就是材料純度的不夠。純度不夠,代表著雜質濃度偏高。為此,普羅提出太陽能多晶硅不是通常所說的“六個9”,而是需要更高的純度。
其實關于硅料的純度用“幾個9”來表示的說法,是通俗而不準確。在早期,只要光伏電池的轉換率能達到10%以上,人們就很滿足了。因此,美國在2004年所確定的太陽能級多晶硅只有5N的純度要求,后來逐漸提高,有了6N的說法。2010年,中國冶金法太陽能級多晶硅產業聯盟將標準確定為硼0.3ppm,磷小于0.6ppm,金屬總量小于0.1ppm,該指標被列入了我國科技部的國家科技支撐計劃的目標。而近期大量企業的光伏電池的效率提高的試驗表明,硼含量為0.15ppm左右,磷小于0.35ppm;金屬總量小于0.2ppm,所制作的光伏電池將不會存在任何問題。2012年,工信部公布的我國新材料產業的“十二五”規劃中,也是這樣確定了冶金法太陽能級多晶硅的目標。
為此,上海普羅在原有的CP、MP冶金法工藝路線上進行了革命性的改變,發明了世界首創的DVC工藝,將產品的純度標準從原來的6N提高到6.5~6.7N的標準,而且使得質量不均勻的問題也從根本上消除,從而一舉將冶金法多晶硅得三個問題全部解決。值得一提的是,在提高質量和穩定性的同時,并沒有導致成本的增加,反而將冶金法多晶硅的單位能耗從原來的50度/公斤,一舉降低到了12度/公斤。這就是技術創新的魅力。
隨著PM法多晶硅的大規模生產,太陽能級多晶硅銷售價格將迅速降低到10萬元/噸以下,這對于光伏整個產業鏈的價格下降也具有極好的拉動作用,相信光伏發電低于火力發電的“光伏平價上網”目標可望在3年以內實現,屆時,光伏發電從目前的補充能源的地位上升到替代能源地位,市場容量將發生一個井噴式的變化。
目前,已經有幾個基于PM法的冶金法多晶硅項目正在緊鑼密鼓地建設著,至少一個萬噸級的PM法多晶硅工廠將在2012年底前建成并投產。
冶金法多晶硅從誕生之日起,所有人就都知道其成本優勢,但也一直被人詬病。無論如何,為什么從2008年正式宣布生產,到現在已經近四年的時間,還沒有能夠在業界占據一定的位置?
這是由于,過去的冶金法一直存在著三個問題,使得人們對之心存疑慮:1)電池轉換效率低;2)光致衰減大;3)質量不穩定。這三個問題,就是冶金法多晶硅自從問世以來到目前為止,一直沒有得到大量應用的原因。其中,前兩個問題限制了冶金法多晶硅的質量,第三個問題使得冶金法多晶硅難以推廣應用。
冶金法多晶電池的轉換效率從2008年的13%開始到2011年的16%,雖然逐年穩步上升,但始終落后于西門子法多晶硅的效率大約0.6~1個百分點。冶金法剛問世時,光致衰減(LID)達到了20%,也讓業界十分憂慮。盡管從2010年后,冶金法多晶電池的LID已經比西門子法的LID還要低,達到了0.6%的水平;但用冶金法多晶硅所拉制的單晶電池的LID還高達4%,因此,這也是人們對于長期衰減的憂慮之一。而質量不穩定,則是冶金法的工藝所決定的、幾乎被人為是固有的缺點。因為,所有冶金法的工藝的最后一個過程毫無例外地都是定向凝固過程,也就是利用雜質在硅的固液相之間的分凝作用進行偏析來達到提純的目的,這個過程本身就是把雜質從均勻分布變成不均勻的過程,因此,批次之間,甚至同一批次的不同位置之間的雜質含量都不同,這是一個必然的現象,但也是困擾光伏的下游用戶的一個大問題之一。
冶金法多晶硅在問世四年的時間都不能得到大面積應用,不僅造成了業界的疑惑,連冶金法的開發者自己也陷入困擾。2010年,上海普羅首先總結出了冶金法多晶硅的上述三大問題,并指出上述三大問題的原因其實是一個原因的不同表現:那就是材料純度的不夠。純度不夠,代表著雜質濃度偏高。為此,普羅提出太陽能多晶硅不是通常所說的“六個9”,而是需要更高的純度。
其實關于硅料的純度用“幾個9”來表示的說法,是通俗而不準確。在早期,只要光伏電池的轉換率能達到10%以上,人們就很滿足了。因此,美國在2004年所確定的太陽能級多晶硅只有5N的純度要求,后來逐漸提高,有了6N的說法。2010年,中國冶金法太陽能級多晶硅產業聯盟將標準確定為硼0.3ppm,磷小于0.6ppm,金屬總量小于0.1ppm,該指標被列入了我國科技部的國家科技支撐計劃的目標。而近期大量企業的光伏電池的效率提高的試驗表明,硼含量為0.15ppm左右,磷小于0.35ppm;金屬總量小于0.2ppm,所制作的光伏電池將不會存在任何問題。2012年,工信部公布的我國新材料產業的“十二五”規劃中,也是這樣確定了冶金法太陽能級多晶硅的目標。
為此,上海普羅在原有的CP、MP冶金法工藝路線上進行了革命性的改變,發明了世界首創的DVC工藝,將產品的純度標準從原來的6N提高到6.5~6.7N的標準,而且使得質量不均勻的問題也從根本上消除,從而一舉將冶金法多晶硅得三個問題全部解決。值得一提的是,在提高質量和穩定性的同時,并沒有導致成本的增加,反而將冶金法多晶硅的單位能耗從原來的50度/公斤,一舉降低到了12度/公斤。這就是技術創新的魅力。
隨著PM法多晶硅的大規模生產,太陽能級多晶硅銷售價格將迅速降低到10萬元/噸以下,這對于光伏整個產業鏈的價格下降也具有極好的拉動作用,相信光伏發電低于火力發電的“光伏平價上網”目標可望在3年以內實現,屆時,光伏發電從目前的補充能源的地位上升到替代能源地位,市場容量將發生一個井噴式的變化。
目前,已經有幾個基于PM法的冶金法多晶硅項目正在緊鑼密鼓地建設著,至少一個萬噸級的PM法多晶硅工廠將在2012年底前建成并投產。