光伏行業(yè)-光伏制造行業(yè)對太陽能電池成本降價(jià)分析說明_研究報(bào)告

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光伏行業(yè)一直在尋找如何降低與太陽能電池生產(chǎn)相關(guān)的成本，大家的注意力都被吸引到制造設(shè)備和材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂方面。此標(biāo)準(zhǔn)是專門為滿足光伏行業(yè)的需求而定制的，因此減少了通常用于超高純半導(dǎo)體制造的復(fù)雜性和成本。

全球一直在推動降低對非可再生能源的依賴，從而加大了對光伏（PV）技術(shù)的需求。然而，太陽能成為可再生能源主要來源的希望受到太陽能電池生產(chǎn)成本高的制約。若想太陽能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，就必須要求其與傳統(tǒng)電力相比在成本上有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，而不能永遠(yuǎn)依靠政府補(bǔ)貼。這就意味著要降低太陽能制造成本，實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電成本與傳統(tǒng)發(fā)電成本持平。

降低成本的一種方式是將元件清潔度和純度的標(biāo)準(zhǔn)與太陽能電池生產(chǎn)的真正工藝需求相匹配。迄今為止，光伏行業(yè)一直以半導(dǎo)體行業(yè)為標(biāo)準(zhǔn)，但事實(shí)上，超高純半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)超出太陽能電池制造所需要的標(biāo)準(zhǔn)。

太陽能電池制造商已經(jīng)認(rèn)識到，使用達(dá)到超高純半導(dǎo)體工藝標(biāo)準(zhǔn)的元件在許多情況下標(biāo)準(zhǔn)過高。由于在超高純元件生產(chǎn)過程中，使用高可控生產(chǎn)和清潔協(xié)議（這可能遠(yuǎn)超出光伏元件所需的標(biāo)準(zhǔn)）導(dǎo)致價(jià)格上漲。到今天為止，超高純元件的代用品是“不合格”產(chǎn)品，“不合格”產(chǎn)品在本篇文章中被定義為符合非超高純生產(chǎn)和清潔協(xié)議的產(chǎn)品。但是，這些“不合格”元件具有風(fēng)險(xiǎn)，例如因污染和潛在的系統(tǒng)集成問題造成的停工。

此難題的解決方案就是專門為光伏行業(yè)制訂出自己的元件工藝標(biāo)準(zhǔn)。世偉洛克公司為達(dá)到此類型標(biāo)準(zhǔn)所采取的第一步是頒布了全新的“光伏工藝規(guī)范”[1]。此規(guī)范滿足光伏行業(yè)對不銹鋼元件的測試、清潔和包裝步驟的需求。

光伏制造的清潔度

世偉洛克光伏工藝規(guī)范以建立專門的指導(dǎo)方針支持行業(yè)發(fā)展，以幫助推動市場增長。SEMI光伏委員會目前也在調(diào)查并研究直接與光伏生產(chǎn)市場相關(guān)的規(guī)范�；诠九c幾家光伏產(chǎn)品制造商的合作，世偉洛克規(guī)范在流體系統(tǒng)元件制造的清潔度等級上所采用的策略和流程滿足但是不過分超越今天光伏制造商的需求。與超高純半導(dǎo)體系統(tǒng)相比，此規(guī)范通過減少元件制造步驟來幫助降低總體的光伏系統(tǒng)成本。

元件清潔程度與提高表面光潔度、去除金屬雜質(zhì)及將腐蝕威脅和使用過程中產(chǎn)生顆粒的可能性最小化等工藝流程直接相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)更高等級的清潔度，元件必須經(jīng)過許多其他制造步驟。例如，不銹鋼可能經(jīng)過重新處理以降低表面缺陷及減少硫含量，這樣也可以減少金屬的潛在污染和腐蝕。

用于超高純半導(dǎo)體晶圓制造的流體系統(tǒng)中，元件需要高等級的工藝以便將腐蝕和顆粒產(chǎn)生最小化。小線寬和高設(shè)備密度產(chǎn)生了對超高純氣體和化學(xué)品傳輸?shù)男枨�，因�(yàn)橄蛳掠螖y帶任何顆粒都可能污染晶圓，導(dǎo)致報(bào)廢率和操作成本增加。太陽能電池生產(chǎn)中使用的基底對顆粒則沒有那么敏感，這就是為什么超高純工藝標(biāo)準(zhǔn)對光伏制造來說太過于嚴(yán)格了。

對于光伏元件來說重要的是要遵循合適的清潔標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)將不合格產(chǎn)品用在有腐蝕性的光伏制造氣體中時(shí)，可能會導(dǎo)致腐蝕并產(chǎn)生顆粒。腐蝕有時(shí)會導(dǎo)致氣體的交叉污染，引起氣體管線內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)。顆粒和氣體反應(yīng)會延緩甚至阻塞管線，導(dǎo)致低沉積率、降低系統(tǒng)有效性和生產(chǎn)停工。

一個(gè)清潔的工藝環(huán)境對于保證薄膜太陽能電池（TFSC）層間的適當(dāng)粘接也是很關(guān)鍵的，特別是對于配線工藝。正確等級的PV元件為可靠的TFSC生產(chǎn)提供適當(dāng)級別的污染控制。

與腐蝕和清潔度相關(guān)的進(jìn)一步考慮是安全。用于光伏制造的某些氣體是極易起反應(yīng)的。如果元件連接遭到腐蝕或受到損害，這些氣體就可能無組織排放漏到空氣中去，形成潛在危險(xiǎn)的工作環(huán)境。

光伏制造協(xié)議

世偉洛克光伏工藝規(guī)范是不銹鋼元件設(shè)計(jì)、材料選擇和制造步驟協(xié)議的概覽，與那些用于超高純半導(dǎo)體元件（參見表1）的協(xié)議相似，但是在某些情況下沒那么嚴(yán)格。例如，對于表面光潔度的要求在光伏規(guī)范中就很寬松。將元件表面缺陷和夾雜物最小化，可以減少整體與介質(zhì)接觸表面面積，這樣會提高吹掃和除水操作。這些特征對于保持半導(dǎo)體和光伏工藝的清潔度是很重要的。光伏生產(chǎn)系統(tǒng)不介意少量由于表面較少拋光而可能引起的污染。

表1.超高純和光伏元件制造協(xié)議比較

在此規(guī)范下，設(shè)計(jì)倡導(dǎo)清潔操作。元件必須能容易得到快速清潔和吹掃，應(yīng)用中幾乎不產(chǎn)生任何顆粒，并且保持最小截留區(qū)域。良好的元件設(shè)計(jì)在使用連續(xù)制造工藝的TFSC生產(chǎn)中是相當(dāng)重要的。在這樣的環(huán)境中，設(shè)備必須非�？煽恳员苊庹麠l生產(chǎn)線停工。因此，元件清潔規(guī)范必須具有相當(dāng)?shù)母呖煽啃浴?

材料指南包括化學(xué)成份、材料特性、夾雜物和其他材料特征以幫助確保元件清潔并無泄漏。

根據(jù)規(guī)范，制造技術(shù)使用先進(jìn)的工具、加工、拋光和制造方法生產(chǎn)具有一致可靠性能的表面光潔度良好的產(chǎn)品。

超高純半導(dǎo)體和光伏元件制造協(xié)議之間差別最為顯著的地方是在產(chǎn)品制造周期過程中的最終階段，包括清潔、校驗(yàn)和測試，以及組裝和包裝部分。在這些階段，世偉洛克光伏工藝規(guī)范中概述的實(shí)踐操作使供應(yīng)商與超高純元件制造相比可以降低成本。所節(jié)省下來的成本轉(zhuǎn)移到供應(yīng)鏈中去，有助于降低整體太陽能發(fā)電的成本。另外，在安裝過程中，終端用戶會認(rèn)識到基于一個(gè)不太嚴(yán)格的包裝要求的效率。

清潔

生產(chǎn)過程中的每一步都可能會產(chǎn)生污染。因此，在每一步后都必須使用有機(jī)溶劑或堿性或酸性清潔劑對超高純半導(dǎo)體元件進(jìn)行徹底清潔。

同樣的，光伏元件在制造過程中也必須進(jìn)行清潔。然而，光伏市場一致認(rèn)為超高純半導(dǎo)體級別的清潔對于生產(chǎn)太陽能電池最為常用的兩種生產(chǎn)方法——晶體硅（c-Si）或薄膜光伏技術(shù)來說是不需要的。與超高純元件清潔標(biāo)準(zhǔn)相比，世偉洛克光伏工藝規(guī)范減少了對電解槽控制（包括電阻系數(shù)和細(xì)菌等級）的需求。

建議用于光伏元件的更寬松的清潔規(guī)范與用在太陽能電池生產(chǎn)中的技術(shù)相關(guān)。與半導(dǎo)體制造相比，光伏材料和線寬對污染敏感度的要求沒那么高。勝過遵循今天嚴(yán)格的超高純標(biāo)準(zhǔn)，世偉洛克光伏工藝規(guī)范將光伏元件清潔方法與市場對純凈度的需求統(tǒng)一起來。

校驗(yàn)和測試

超高純和光伏元件在制造過程中要進(jìn)行各種各樣的測試以確認(rèn)產(chǎn)品的清潔度和質(zhì)量。元件生產(chǎn)者特別關(guān)注對不銹鋼元件富含鉻的氧化層表面的耐腐蝕特性的校驗(yàn)。這些表面在制造過程中通過電拋光和鈍化工藝去除表面鐵并使其變光滑來加強(qiáng)表面性能。

超高純標(biāo)準(zhǔn)通常利用先進(jìn)的表面化學(xué)分析技術(shù)來確認(rèn)耐腐蝕性。此技術(shù)對樣品上一系列不連續(xù)的點(diǎn)進(jìn)行分析。常用的測試方法包括俄歇電子能譜（AES），化學(xué)分析用電子能譜（ESCA）和次級離子質(zhì)譜法（SIMS）。這些測試通常都很復(fù)雜，常常由第三方實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行，這兩個(gè)因素導(dǎo)致超高純元件制造過程的成本增加。

光伏工藝規(guī)范通過指定替代的測試方法（臨界點(diǎn)蝕溫度，CPT）來剔除過高成本。CPT測試的基礎(chǔ)為ASTMG150[2]。它通過強(qiáng)調(diào)樣品的氧化鉻表面層使其達(dá)到失效點(diǎn)來確定其局部的耐點(diǎn)蝕性，以此對樣品的整個(gè)鈍化表面進(jìn)行評估。表面層失效點(diǎn)的溫度為CPT。因?yàn)镃PT測試對樣品的整個(gè)與介質(zhì)接觸區(qū)域都進(jìn)行了分析，與表面化學(xué)分析技術(shù)相比，此方法更好地指出某元件對苛刻環(huán)境的耐受力有多好。另外，CPT測試可以在更短的時(shí)間以更低的成本提供更為一致的結(jié)果，所有這些使其成為對光伏元件測試的首選。

組裝和包裝

必須保護(hù)元件在組裝和包裝過程中免受空氣污染以幫助保持其清潔度。適用于半導(dǎo)體元件的超高純規(guī)范需要在Class100無塵室中進(jìn)行最終的組裝和包裝。此等級的污染保護(hù)對光伏元件來說通常是不必要的。而是，光伏工藝規(guī)范要求在一個(gè)可控的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行組裝和包裝。在此環(huán)境會采取基本的預(yù)防措施來防止設(shè)備產(chǎn)生顆粒、空氣纖維和常見的各種形式的污染。由于不需在無塵室內(nèi)進(jìn)行操作，因此能節(jié)省與之相關(guān)的額外時(shí)間和支出，供應(yīng)商認(rèn)識到這些節(jié)省下來的費(fèi)用也會讓終端客戶受益。

其他節(jié)省的辦法是減少包裝數(shù)量。為了滿足半導(dǎo)體超高純規(guī)范的要求，每個(gè)元件都必須是雙層包裝。內(nèi)袋包裝為耐磨損的尼龍材質(zhì)，用干燥的經(jīng)過濾的氮?dú)膺M(jìn)行吹掃和填充。然后此密封尼龍袋會被加熱密封在一個(gè)外部的聚乙烯袋中。根據(jù)世偉洛克光伏工藝規(guī)范，單層的耐磨損袋就足以保證產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中不會受到外部的污染。仍然會對此單層光伏元件袋進(jìn)行吹掃，但是包裝步驟的減少為供應(yīng)商和終端用戶節(jié)約了成本。

當(dāng)超高純半導(dǎo)體和光伏元件之間的組裝和包裝要求有所不同時(shí)，供應(yīng)商必須遵守適用于兩種類型產(chǎn)品的類似的污染保護(hù)協(xié)議。沒有潤滑劑用于元件的潤濕區(qū)域。端接被包住以防止在運(yùn)輸過程中受到污染。密封包裝被單獨(dú)包裝用于運(yùn)輸。另外，在不打開產(chǎn)品包裝的情況下就可以看到產(chǎn)品識別信息及一些可追蹤信息。

安裝

因?yàn)榘惭b是元件制造和可操作的生產(chǎn)系統(tǒng)之間最后一環(huán)，系統(tǒng)組裝者需要保持流體系統(tǒng)元件原來的清潔度。單個(gè)包裝袋的光伏元件應(yīng)該在一個(gè)可控的環(huán)境中小心地被打開，確保在打開時(shí)不會產(chǎn)生顆粒。使用鋒利的刀而不是剪子有助于避免產(chǎn)生顆粒。連接處應(yīng)正確對準(zhǔn)和組裝。具有不同純凈度和硫含量的元件不能混在一起。元件供應(yīng)商提供的經(jīng)授權(quán)的培訓(xùn)在有效安裝過程中是很有價(jià)值的資源。

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光伏制造行業(yè)對太陽能電池成本降價(jià)分析說明