保利协鑫能源控股有限公司 GCL-Poly Energy Holdings Limited

铸锭技术的新应用时代-铸锭硅单晶

万跃鹏博士，保利协鑫首席技术官

2019-03-08，苏州

高效多晶

High efficiency mc-Si

铸锭单晶

Casting mono-Si

直拉单晶

Cz mono-Si

DW-S3 金刚线切S3

Co-doping S4 共掺杂S4

MCCE TS3/TS4 黑硅TS3/TS4

GCL casting mono-Si 鑫单晶（G3）

P/N type RCz P/N型RCz单晶

P/N type CCz P/N型CCz单晶

协鑫针对客户需求的硅片

HE mc-Si cell (高效多

晶电池)

HE PERC cell (高效

PERC电池)

HE PERC cell高效

PERC电池

Mono-Si PERC (单晶PERC电池)

Mono-Si PERC (单晶PERC电池)

Mono-Si PERT (单晶PERT电池)

Mono-Si HJT (单晶HJT电池)

2

2013 2018 2019

效率/ η

S3:形核创新 +0.4~0.5%

2015 2016 2017 2020

TS：黑硅制绒 +0.7~0.9%

Sp:适用于PERC +0.9~1.3%

S4:降低LID +0.5~0.6%

G3:高功率铸锭单晶

+1.7~1.9%

G4:适用于PERC低阻铸锭单晶

+1.9~2.1%

N1:N型铸锭单晶 +2.6~3%

2021

G5:抗衰减共掺杂铸锭单晶 +2.1~2.3%

GCL铸锭硅片产品发展路线图

铸锭硅片产品通过铸锭形核技术的提升，掺杂技术的应用，电阻率的控制等等，氧含量降低等，不断提升硅片性能。

铸锭单晶硅片可以通过稳定生产工艺、籽晶的低成本化技术，等进一步降低成本；

铸锭单晶技术可以应用于N型硅片，满足N-PERT，N-TOPCON，HJT等电池的需要。

3

电池效率差允许的硅片成本差

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

单多

晶硅片

成本差（元

/瓦）

单多晶效率差值(%)

鑫单晶G3与直拉单晶的效率差和对应允许成本差（~0.25元/片）

0.4

性价比平衡线

PERC用多晶Sp

高效多晶S3 （ BSF ）

考虑BSF电池成本

鑫单晶G3

各类铸锭硅片与CZ单晶硅片性价比的对比

电池/硅片 效率 效率差 单片瓦数 硅片价格 硅片价/瓦

多晶BSF 18.8% 3.0% 4.62 2.15 0.465

多晶PERC 20.5% 1.3% 5.03 2.15 0.427

铸单PERC 21.4% 0.4% 5.25 2.85 0.543

直单PERC 21.8% 5.35 3.25 0.607

（采用2019年3月初硅片价格，156.75方片）

4

提升电池转换效率是提升铸锭技术性价比的最重要的选择。

GCL鑫单晶产品开发历程

规模化应用逐步增加，2019年订单快速上升

小规模量产G1产品 示范电站应用

新一代鑫单晶G3研发成功

5

影响上一代铸锭单晶市场接受的主要问题

2005-2008年，BP Solar Mono2 示范电站应用，效率接近CZ单晶，17-18.0%。无规模化应用。

2011-2012年，主要硅片电池企业推广铸锭单晶（也叫类单晶，准单晶）硅片，如晶澳晶枫（Maple）, 昱辉（Virtue），赛维GBL，协鑫鑫单晶，等等。设备公司如GT，精工等提供铸锭单晶设备。后来被高效多晶产品所取代。

0.0%

5.0%

10.0%

15.0%

20.0%

25.0%

30.0%

35.0%

17.6% 17.8% 18.0% 18.2% 18.4% 18.6% 18.8% 19.0% 19.2% 19.4%

类单晶电池效率分布(2013)

效率拖尾

类单晶碱制绒后有较大比例晶花，组件外观成为市场接受的主要障碍。

因为铸锭技术中位错问题没有解决，电池效率分布很广，有10-20%低效电池。

全单晶比例偏低（

铸锭技术再优化，品质提升显著

全新的热场技术 全新的籽晶拼接技术 硅片晶花分选

全新热场设计，分段式加热，提升对称性，增加对流。

抑制侧部形核，增加全单晶比例，降低位错。

专有籽晶拼接技术，避免拼缝产生的位错。

独创的籽晶回用技术，降低成本。

硅片晶花分选，解决组件外观问题。

增强对流

7

长晶技术提升后位错显著降低，提升电池效率，减少低效电池

晶体生长方向

改善前硅片PL

改善后硅片PL

改善前小方锭PL 改善后小方锭PL

晶 体 生 长 方 向

小方锭尾部 小方锭头部

8

严格控制晶花：单晶面积分选

NG OK OK

检测项目 规格范围 设备工具 方法

单晶面积比例 Ⅰ类 ≥99% Ⅲ类＜ 99% Hennecke全自动分选线 TFC或NVCD（IR）

用分选机将单晶面积小于99%的硅片选为三类片。

G3硅片或为全单晶，或为面积比不超过1%的其它晶粒，从而保证鑫单晶电池或组件的外观几乎没有晶花。

9

鑫单晶电池和组件外观

小于1%晶花面积比例：10%

VS

鑫单晶组件 CZ单晶组件 鑫单晶电池

完全单晶外观比例：约90%

采用碱制绒条件下，可获得高功率输出与近乎完美的鑫单晶组件外观

部分客户采用黑硅制绒，外观更佳、功率水平与碱制绒相当

10

鑫单晶组件典型外观照片—5BB 11

鑫单晶组件典型外观照片—MBB 12

PL检测位错，保证硅片电池转换效率，消除效率拖尾现象

检测项目 规格范围 设备工具 方法

缺陷百分比 ≤4.50% Semilab-PLB55 PL检测方法

NG

缺陷百分比：1.46%

OK

13

使用新型硅片自动分选机前，330万_MBB产出数据，已经基本解决早期拖尾问题。

使用新型硅片自动分选机后，晶花片比例下降明显，效率提升0.1%+，达到21.8%，无拖尾低效问题。

019年2月份量产（300万片）均值21.85%

1.0% 0.3% 0.7% 1.6% 3.4%

6.7%

12.8%

21.8%

26.7%

18.8%

5.6%

0.6% 0.2% 0.0% 0.1% 0.2% 0.7% 1.7%

3.9%

9.0%

17.6%

26.9% 26.7%

11.5%

1.5%

0%

10%

20%

30%

＜21 21.0 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 21.8 21.9 22.0 22.1

鑫单晶_MBB_PERC 档位分布 总体 自动分选

鑫单晶电池表现： 碱制绒12BB+PERC A客户 14

鑫单晶电池表现： 碱制绒12BB+PERC+SE B客户

Group QTY Eta Uoc Isc FF Rs Rsh IRev2

MBB+SE 15403 21.95 0.6732 10.020 80.98 0.0014 621.02 0.0762

10.96%

16.14%

22.70% 19.40%

13.05%

8.30% 4.89%

2.71% 1.01% 0.73% 0.07% 0.03%

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

21.9 21.8 21.7 21.6 21.5 21.4 21.3 21.2 21.1 20.5 Irev2 Trash

入库档位分布（按0.2%降档入库）

MBB+PERC+SE同工艺情况下，单晶效率22.20%，鑫单晶较直拉单晶效率差0.25%

15

Courtesy of customer B

片源 Uoc （mV） Isc

（A） FF

（%） Rs

（mΩ） Rsh

（Ω） Ncell （%）

Irev1 （A）

GCL 669.9 10.050 79.21 2.88 685.8 21.71% 0.10

0.01%

0.23%

2.32%

7.64%

14.22%

17.41%

16.71% 13.16%

9.35%

6.96% 4.30%

2.86%

1.99%

1.18%

0.59%

0.35%

0.24%

0.18%

0.32%

22.30% 22.20% 22.10% 22.00% 21.90% 21.80% 21.70% 21.60% 21.50% 21.40% 21.30% 21.20% 21.10% 21.00% 20.90% 20.80% 20.70% 20.60% ≤20.5%

黑硅制绒电池效率分布

鑫单晶进展 黑硅制绒9BB+PERC+SE C客户

鑫单晶黑硅制绒电池平均效率

鑫单晶黑硅制绒电池效率分布

Courtesy of customer C

鑫单晶优点：氧含量低, LID低

GCL鑫单晶光衰低：LID及LeTID与CZ单晶比较

5 12

0

10

20

鑫单晶 单晶

氧含量 ppma

0.40%

1.05%

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

鑫单晶PERC+光注入 单晶PERC+光注入

电池LeTID数据 （C客户： 75℃ 5KWh）

0.37%

0.94% 0.86%

1.56% 1.14%

2.13%

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

10KW/h 61KW/h

组件光衰数据 （B客户 ：非PERC客户）

278W-黑硅多晶 283W-鑫单晶 287W-单晶

1.10% 0.80%

1.50%

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

电池LeTID （D客户：85℃ 200KWh）

多晶黑硅PERC 鑫单晶PERC 单晶PERC

17

GCL鑫单晶组件功率分布

鑫单晶72片组件功率输出以380Wp为主。

比相同尺寸相同PERC工艺下CZ单晶组件低约5Wp。

18

鑫单晶组件EL：优于多晶组件EL

组件功率：370W（鑫宇PERC+MBB）

组件功率：380W（苏民PERC+MBB+SE）

组件功率：375W（鑫宇PERC+MBB）

组件功率：385W（苏民PERC+MBB+SE）

19

鑫单晶适合做叠瓦组件

鑫单晶叠瓦组件外观

鑫单晶叠瓦组件EL

鑫单晶叠瓦组件(72片）封装功率405W

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鑫单晶氧含量

铸锭单晶组件发电应用及可靠性

2011-2012年期间估计有近1GW铸锭单晶组件产品应用于发电市场（主要在海外），法国电力公司一直应用Photowatt 铸锭单晶组件产品，估计有500MW的电站应用。无该类产品应用问题的报道。

Photon户外测试的2014年发电量数据显示，准单晶发电量可以做的很好。

保利协鑫自建的对比电站（徐州）显示，铸锭单晶发电量可以满足要求。

PHOTONLab’s outdoor module tests: results of 2014 yield measurements（Photon户外组件评测：2014年各类型组件发电量）

Quasi-mono: 1163.6

Yiel

d/(k

Wh/

Kw)

Quasi-mono

Remark: 1. Installed in 2012 2. Mono modules: 22, Multi: 30, Quasi mono: 1

Yiel

d/kW

h Results of 2017 yield measurements installed in 2016 （2016年安装的准单晶和多晶组件的2017年发电量）

Remark: 1. Inverter fault in June 2. Installed in 2016

158.75±0.25 161.75±0.25 166.00±0.25

铸锭单晶 直拉单晶（小圆弧及方片）

硅片尺寸发展趋势及行业标准

电池单片瓦数

组件单瓦成本

硅片电池尺寸在设备能接受的范围内加大是行业降本（主要电池组件加工成本）的需要，是一个趋势。

2019年主推158.75硅片。

呼吁行业形成一致的硅片尺寸标准、避免过多种类。GCL正在主导新的硅片尺寸标准制定（光伏专委会标委会，IEC），欢迎参加。

156.75±0.25 158.75±0.25 161.75±0.25 166.00±0.25 156.75±0.25

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2019.9 2019.6

月产能

2018.12 2019.3 2019.12

2,000万片 100MW

6,000万片 300MW

14,000万片 700MW

10,000万片 500MW

18,000万片 900MW

通过炉台改造数量增加、单台装料量提升，不断快速增加总产能，满足客户批量需求

2019年全年产能可达8-10GW

备注：单片按5瓦计算

GCL鑫单晶硅片产能计划 24

小结

协鑫铸锭单晶硅片（鑫单晶）通过近几年的技术研发和进步，已经成为市场上被接受的有竞争力的

产品，市场占有率正在快速提升。

鑫单晶组件产品外观已经完全消除了晶花问题。

鑫单晶PERC电池量产效率在相同产线上与CZ单晶相比差距小于0.3%绝对效率。

鑫单晶PERC组件在72片全档位型号上与CZ单晶组件比功率差小于5Wp。

铸锭单晶PERC电池与组件的光衰（ LID，LeTID ）都低于同产线的CZ单晶产品。

铸锭单晶硅片的氧含量低于6ppma，显著低于CZ单晶。

铸锭单晶的电阻率范围可以在更窄范围，有利于PERC电池效率优化。

铸锭单晶硅片电池相比有圆倒角电池更有利于做叠瓦组件。

铸锭单晶产品碳足迹更低，是更绿色产品。

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