武汉民信通金属物资回收有限公司
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投资少成本低 冶金法多晶硅技术崭露头角
投资少成本低 冶金法多晶硅技术崭露头角 在国内光伏产业快速发展的大环境下,多晶硅产业拥有良好的发展前景。未来10年左右的时间里,我国多晶硅市场需求仍将呈现持续增长态势。目前,在国内多晶硅生产工艺中,占主流地位的仍然是改良西门子法,然而随着宁夏发电集团利用冶金法多晶硅加工的太阳能电池组件成功应用于银川330kWp太阳能试验电站和宁夏太阳山10MWp大型并网光伏电站等项目中,冶金法生产多晶硅也越来越受到业内的关注。 冶金法生产多晶硅打低成本牌 有“世界光伏之父”之称的马丁格林教授于2004年说:“太阳能电池作为一种清洁能源,除了西门子法之外,多晶硅材料应该有另外的方法来生产。”因此,探索低成本太阳能级硅的制备方法成了当务之急。 而冶金法生产多晶硅打的就是低成本这张牌,所以美、德、日等发达国家现在都在积极开展重大技术攻关和基础理论研究,以期早日取得冶金法制备多晶硅技术上的突破并掌握主动权。一旦成功,世界上的多晶硅市场将重新洗牌。 上海普罗新能源有限公司总裁史介绍,国外很多公司早已开始了冶金法的研究。同时,中国也有南安三晶、厦门佳科、南阳迅天宇等公司开始了最初的尝试,随后又有宁夏发电集团、上海普罗新能源公司跟进。 据介绍,改良西门子法生产的晶体硅纯度在9N~12N,是电子级的,而太阳能级晶体硅的纯度只要求6N,即使采用了9N以上的多晶硅,在拉制太阳能单晶棒或多晶硅铸锭时,还是要添加进受主杂质,将纯度降低到6N左右来使用。显然,目前用电子级晶体硅制备太阳电池大大增加了电池的成本。这就给冶金法制备多晶硅提供了新的机遇。宁夏发电集团公司副总经理关宁介绍,冶金法多晶硅制备技术的优势在于:投资少、能耗低、低成本、环境友好、生产规模可大可小、建厂容易、成本下降空间大、易推广。“冶金法的发展现状是,目前只有少数企业真正实现了技术突破并实现了产业化,而大部分企业还没有实现技术突破。”关宁说。 急需解决装备问题 业内人士表示,目前,我国在冶金法制备多晶硅的研究上与发达国家处于同一水平。用冶金法制备太阳能级多晶硅是建设有中国特色的完全自主的新能源产业,带动整个光伏产业健康发展的重要契机和最佳切入点。然而,冶金法生产的多晶硅毕竟只占市场很小一部分,而且技术仍然没成熟,因此要攻克的难题还很多,如当前生产设备和工艺设备落后、大规模稳定生产的技术还不成熟等问题。 冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟秘书长李义春告诉《中国电子报》记者,若要大力发展冶金法,应该从以下几方面入手:首先,国家应该启动相关的技术攻关和基础理论研究,加快自主创新,以期早日取得冶金法制备多晶硅技术上的突破;其次,及早启动冶金法制备多晶硅的重大产业化示范项目,带动和鼓励中国企业和民间资本进行冶金法制备多晶硅的研究和生产建设方面的投资。此外,多晶硅的生产工艺其实与装备制造和上游原材料的生产也是息息相关的,对于这些配套的装备和原材料的生产,也应当通过产业技术联盟进行相关的引导和支持,这需要行业内企业间的合作与产学研的结合,政府在这方面应当起到牵线搭桥和组织者的作用。 关宁认为,冶金法同其他生产技术相比,无论从投入、能耗、环境还是成本,都是一个先进的方法。作为一个新工艺,技术的进步需要过程,取得行业的认同也需要一个过程。他表示,目前太阳能光伏产业大力发展冶金法技术需要重点解决两方面的问题:一是解决认识上的问题,如何让更多的人认识到冶金法技术投资省、能耗低、成本小、环境友好的优越性,认可冶金法多晶硅产品;二是解决技术推广的问题,如何让更多的人掌握冶金法多晶硅生产技术。解决这些问题,需要政府的引导和市场环境的培育,更需要媒体的关注与宣传。 相关链接 冶金法多晶硅技术三个主要节点 根据低成本太阳能级多晶硅及其电池的要求和冶金法的原理及国内外研发单位的经验,冶金法生产多晶硅技术路线可以分为三个节点:首先从源头,也就是从原料开始就控制杂质含量,特别是控制危害最大的硼和磷的含量,而不是等将硼和磷融入工业硅后才千方百计从中脱除。其次是采用各种冶金方法进行净化提纯,得到太阳能级的多晶硅;最后是多晶硅的铸锭或单晶拉制以及切片过程,在此过程中应当考虑如何控制施主和受主杂质,得到合适的电阻率和少子寿命。 结合工业硅的生产工艺,在矿热炉内,用精选、处理过的硅石、石墨电极和石油焦等还原剂为原料,通过高温还原制得2N~3N左右的冶金硅。精选过程可以根据各家公司的情况进行(例如采用原料预处理工艺来控制对太阳能多晶硅危害最大的硼和磷在原料中的含量等)。将制得的冶金硅利用冶炼炉的余温,在液态下进行炉外精炼(主要是造渣、吹气,进一步除硼、磷、碳和金属杂质)后,得到3N~4N的高纯冶金硅。紧接着将3N~4N的高纯冶金硅通过各种提纯方法(例如:湿法酸洗除金属、真空电子束熔炼除磷、除金属杂质和真空等离子束氧化除硼,电磁真空熔炼除磷,湿氢法除硼等技术手段)进行进一步提纯,除去难以提纯的非金属和轻金属杂质,然后进行定向凝固除金属杂质。将定向凝固后获得的柱状太阳能级多晶硅进行切锭检测,合格产品直接送去拉单晶或铸锭切片,不合格的硅片回收再次提纯。 上海普罗新能源有限公司总裁史珺 冶金法多晶硅技术进步加快 ●冶金法太阳能多晶硅产业技术创新联盟积极从事产业推进工作。 ●行业研讨会已将话题更多地转向了诸如产能、装机容量、寿命、投资、成本等产业化的经济指标方面。 在国际金融危机期间,冶金法生产多晶硅遭遇了前所未有的打击。由于西门子法多晶硅的价格从每公斤400多美元陡降到每公斤55美元,导致冶金法多晶硅在2008年所具有的价格优势一下子丧失殆尽,因此,在2008年就已经开始销售的几家冶金法多晶硅厂家,2009年几乎全部面临零销售。这种情形下,不少已经开始进行冶金法多晶硅开发的公司,也因技术、资金以及市场等原因,纷纷退出。冶金法多晶硅行业在2009年上半年,达到了历史的最低潮。 2009年6月,就在冶金法多晶硅行业几乎偃旗息鼓的时候,在我国厦门召开了全国第一届冶金法太阳能级多晶硅产业技术研讨会。这次会议上,数家企业和国内从事冶金法多晶硅的一些院校和研究机构倡议成立了冶金法太阳能多晶硅产业技术创新联盟,并发表了《厦门宣言》。2009年9月,联盟正式成立。这个产、学、研紧密结合的机构,以联盟的形式,开始了密切合作,积极从事产业推进的工作。 2008年前,冶金法多晶硅只在私下被大多数光伏企业用来与西门子法多晶硅进行掺料生产,以降低成本。除了阿特斯和QCell等寥寥几家公司外,几乎没有人对外宣布自己在使用冶金法多晶硅。但2009年,包括赛维、尚德、常州天合等在内的多家光伏巨头,纷纷宣布自己采用了冶金法生产多晶硅,并且公布了各自的光伏效率。 冶金法多晶硅由于工艺路线的原因,是将金属硅的杂质逐步提纯到太阳能所需的6N级,而不像西门子法那样,先提纯到9N以上,再掺杂到6N级。加上历史只有短短几年,不像西门子法已经经历近50年的大规模生产,因此,电池的效率虽然迅速提高,但到2009年为止,还是比西门子法要低一些。所以,在每次行业的各类研讨会上,专家们总是集中在冶金法多晶硅的纯度、电阻率、少子寿命、转换效率、光致衰减等技术指标上。但从2009年开始,这种情况发生了改变。尽管对于上述问题的讨论依然存在,但话题已经更多地转向了诸如产能、装机容量、寿命、投资、成本等产业化的经济指标方面。 2009年12月,全部用宁夏银星所生产的冶金法多晶硅材料制作的10MW光伏电站在宁夏太阳山并网发电。2010年5月,上海普罗采用自己生产的冶金法多晶硅生产的全多晶硅电池光伏电站也并网发电,容量为1MW。宁夏发电集团2010年将在红寺堡、高沙窝等地再建100MW的全部采用冶金法多晶硅的光伏电站。国内也有不少机场、移动基站、厂房屋顶开始采用冶金法生产的多晶硅建立的电站。 同时,在大洋彼岸,美国CaliSolar公司宣布将全部采用冶金法多晶硅建造一个50MW的光伏电站。挪威的ELKEM在经历了国际金融危机和一次厂内火灾的洗礼后,又宣布要建立一个4000吨年产能的冶金法多晶硅生产工厂。日本JFE,在沉寂了近两年后,宣布2010年将建成一个800吨的冶金法多晶硅生产线。美国的道康宁在采用其内部的1101型冶金法高纯硅与西门子法掺料后,最近宣布,跳过其第二阶段产品1201(也是供掺料用)的研制,而直接进行可以单独使用的1501产品的研发。 国内的多晶硅生产方面,宁夏发电集团开始了1万吨高纯硅和2000吨多晶硅工厂的建设,并于2009年12月投产。上海普罗新能源有限公司则在浙江江苏设立了3家多晶硅工厂,其中浙江普虹新能源于2009年年底投产。我国冶金法多晶硅生产企业的这些进步,不仅将我国的冶金法多晶硅产业技术水平提升了一大步,也成为世界冶金法多晶硅的一个亮点,使我国的冶金法太阳能级多晶硅跻身于世界产业技术的最前列。 “路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。”相信那些经历了光伏血与火洗礼的业界人士,不论还会遇到什么样的困难,都会坚定地走下去,而且,他们到达彼岸的时间,会比人们所想象的时间要短得多。 冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟秘书长李义春 多晶硅将走向低能耗低成本更环保 ●冶金法制备多晶硅具有成本低、耗能低、投资少、环境友好等优点。 ●冶金法太阳能多晶硅工艺,是目前国际上公认的能够替代西门子法的最有前景的工艺路线。 冶金法是近年来针对太阳能级多晶硅(SoG-Si)的质量要求发展起来的新工艺。由于是以廉价的冶金硅为原料,工艺路线短,能耗仅为改良西门子法的20%左右,因此被认为最有可能生产价格低廉的SoG-Si的新技术。冶金法制备多晶硅具有成本低、耗能低、投资少、环境友好等优点。相对成熟的改良西门子法而言,冶金法是新技术新工艺,大规模稳定生产的技术还不成熟。 冶金法太阳能多晶硅工艺,是目前国际上公认的能够替代西门子法的最有前景的工艺路线。在美国2009年的晶体硅技术研讨会上,多家光伏巨头都将冶金法太阳能多晶硅作为今后光伏电池降低成本的主要工艺路线。近年来我国的冶金法研发工作取得了重大技术进展,技术达到了国际先进水平并拥有核心知识产权,目前正处于大规模工业化生产的初级阶段。 我国的冶金法多晶硅行业也存在着一定的问题,主要表现在:规模普遍较小,技术交流与协作少,技术水平参差不齐;生产装备和工艺还比较落后,大规模稳定生产的技术还不成熟;光伏发电成本主要取决于多晶硅材料的生产成本,而目前光伏发电电价目前仍高于火力发电,需要国家的政策支持和政府补贴。 随着产能过剩和全球金融危机爆发,SoG-Si价格从炒作价(最高达500$/kg),迅速下降到100$/kg,并逐渐回归到理性价格(60$/kg),或将降至2004年以前价格(太阳能级25$元/kg,电子级40$/kg)。半年多来,多晶硅和光伏产业的泡沫被迅速挤破,不少企业处于关闭或停产、半停产状态。因此,对已投产的多晶硅企业,可调整发展脚步,提高质量,降低消耗,以应对市场变化;对人才资金实力雄厚的在建多晶硅企业,借市场萧条、原材料价格低迷之际,低成本完成项目建设,等待经济复苏;对无技术保障、无人才和资金优势的企业,宜借此机会,调整发展方向。 国际金融危机的发生,虽然给不少企业带来了困难,但也为光伏行业强行进行了一次优胜劣汰的洗牌过程。那些技术落后、成本偏高的企业将被自然淘汰。这种淘汰,对于光伏产业来说,是利大于弊的,也是必需的。 因此,正确分析国内外光伏市场的本质和太阳能多晶硅技术的发展,对指导我国光伏产业,特别是太阳能多晶硅产业的健康发展有重要意义。 目前多晶硅主要的新增需求来自于太阳能光伏产业,国际上已经形成开发低成本、低能耗的SoG-Si生产新工艺技术的热潮,并趋向于把生产低纯度的SoG-Si工艺和生产高纯度电子级多晶硅工艺区分开来,降低SoG-Si生产成本从而降低太阳能电池制造成本,促进太阳能光伏产业的发展和普及太阳能的利用。 将来的多晶硅市场将以追求能耗更少、成本更低、环保更佳为目标。随着冶金法技术的发展与成熟,它将成为太阳能多晶硅的主流技术。 宁夏发电集团公司副总经理关宁 冶金法太阳能级多晶硅前途光明 ●冶金法的成本优势将在各种生产方法中保持相当长的时间,甚至会长久保持下去。 ●未来的光伏发电市场,冶金法多晶硅将由次要地位上升为主要地位,并逐步占有一半 以上市场份额。 客观地讲,在电子级多晶硅市场,西门子法及硅烷法将继续占据主导地位。但是太阳能级多晶硅市场,冶金法将是主角。未来的光伏发电市场,冶金法多晶硅将由次要地位上升为主要地位,并逐步占有一半以上市场份额。从长远发展来说,在电子产品应用、新能源开发以及其他领域的发展中,无论何种方法制造的多晶硅产品都应该在其应用领域中各有其位。 宁夏发电集团独辟蹊径,用冶金物理法生产出合格的6N~7N太阳能级多晶硅,形成了从硅矿石到太阳能光伏电站的完整太阳能光伏产业链。宁夏发电集团的冶金法多晶硅生产技术具有完全的自主知识产权,在技术上已经实现完全突破,总体工艺技术与国际同类技术保持同等水平,不存在任何技术问题和技术瓶颈。目前我们需要做的主要工作就是继续进行工艺改进和优化,进一步降低成本,扩大市场,推广应用。目前我公司生产并应用于太阳能光伏电站的太阳能级多晶硅产品品质为:产品化学纯度:磷<0.5ppm、硼<0.3ppmw、总金属<0.1ppmw、碳<1ppm、氧<2.5ppm(中红外方法测定);电阻率0.5Ωcm-3.0Ωcm(p型);光电转换率:多晶硅电池≥15%、单晶硅电池≥17%;衰减率:多晶硅电池≤1%、单晶硅电池≤4.5%。 我们的发展战略是低成本化,就太阳能级多晶硅来说,冶金法的成本优势将在各种生产方法中保持相当长的时间,甚至会长久保持下去。宁夏发电集团的冶金法太阳能多晶硅生产技术由于工艺路线的固有特性,成本下降空间较大,目前我公司多晶硅完全成本为30万元/吨,电耗6万千瓦时/吨。近期正在进行工艺改进,将完全成本控制在25万元/吨左右,我公司多晶硅产品的阶段性成本目标将达到20万元/吨左右。 宁夏发电集团自主研发的冶金法太阳能级多晶硅工艺技术已经成熟,我公司利用该技术生产的多晶硅加工的太阳能电池组件,已经成功地应用于银川330kWp太阳能试验电站和宁夏太阳山10MWp大型并网光伏电站等项目,其中太阳山光伏电站上半年累计发电量704.37万千瓦时。实践证明,我公司冶金法多晶硅生产技术在国内具有领先地位,已进入国际同类方法的先进行列,是我国大力发展太阳能光伏发电所需晶体硅的最有效的途径之一。我认为可以这样来比喻冶金法的发展趋势,冶金法多晶硅生产技术就像秦砖汉瓦一样,一定会遍及各地、在一个相当长的时间里会长盛不衰。