我國光伏設備技術發展現狀與趨勢

賽迪智庫電子信息產業研究所 ■ 江華

我國光伏設備技術發展現狀與趨勢

賽迪智庫電子信息產業研究所 ■ 江華

1　發展現狀

1.1整體情況

目前，我國光伏設備企業從硅材料生產、硅片加工、太陽電池片、組件的生產及相應的純水制備、環保處理、凈化工程的建設到與光伏產業鏈相應的檢測設備、模擬器等，已經具備成套供應能力，部分產品如擴散爐、管式PECVD、單晶爐、多晶鑄錠爐、層壓機、檢測設備等，已有不同程度的出口。

硅材料加工設備主要有多晶鑄錠爐、單晶爐、切斷機、切方機、多線切割機、硅片檢測分選設備。其中，單晶爐以優良的性價比占據了國內市場的絕對統治地位，并批量出口亞洲；多線切割機已取得突破；多晶硅鑄錠爐已大量在國內企業中使用。

由于主流工藝的改良，目前晶硅電池常規生產線已將工藝過程縮減到6步，用到的主要設備也僅包括6種，即單晶槽式制絨/多晶在線式制絨、擴散爐、在線濕法刻蝕機、PECVD、絲網印刷機及測試分選設備。以上設備均可由國內設備廠家提供，其中，國產擴散爐和管式PECVD在熱場設計、溫度控制、工藝控制等核心技術方面取得全面突破，設備的質量、產能、能耗、自動化水平等方面達到國際先進水平，性價比優勢明顯。目前，一條100 MW生產線的工藝設備僅需3400～4500萬元，而在5年前，這個數額的投資僅能買到25 MW產能的設備。

組件端的設備主要有自動串焊機、自動疊層設備、層壓機、自動EL、功率測試設備和自動包裝機。目前除了功率測試設備主要由國外的PANSAN和BERGER占主導地位外，其余全部可以選擇國產設備的方案。國內串焊機廠商有無錫奧特維、寧夏小牛、無錫先導、天津必利優、武漢三工和杭州康奮威等；層壓機廠商有博碩光電、河北羿珩、上海申科等，其中博碩光電在2015年向美國客戶出口了一條完整的150 MW全自動化光伏組件生產線。

盡管國產光伏設備在國內用戶中已建立起良好的信譽，得到業界的廣泛認可，越來越多的客戶從價格適中、性能良好、技術不斷進步的國產設備中受益；但我們也應該看到，國內設備廠商在整體技術水平，尤其是在高效電池工藝設備、信息化及尖端技術水平上和國外廠商尚有差距。

1.2分環節情況

1.2.1硅片生產環節

從多晶鑄錠（單晶拉棒）、開方、切片到硅片檢測分選設備，經過這幾年設備業的發展和國內光伏設備廠商與硅片生產廠商的合作與協作，已基本具備國產設備的選型方案。單晶爐已全面國產化并實現了批量出口。國產多晶硅鑄錠爐在溫度控制、高效鑄錠工藝等技術上已達到或接近國際水平，性價比優勢明顯，占據了國內大部分市場。多線切割機雖然國內已有樣機，但受制于穩定性、良品率等問題，應用在生產線上的不多。硅片分選設備中的高產能（＞3000 pcs/hr）設備還主要依賴進口，但國內有多家廠商已可以提供硅片多功能分選設備的方案，包括檢測硅片厚度、少子壽命、微型裂紋、表面劃痕、幾何尺寸、外觀臟污和破片缺角等，并且國產的測試分選設備已經開始在英利等國內大廠應用。

1.2.2電池片生產環節

1）清洗/制絨設備：基本以國產為主。

單晶槽式制絨機，除了光伏起步階段使用的進口設備外，90％以上為國產產品。多晶在線式制絨設備，在2012年以前主要以采購進口的RENA和SCHMID為主，經過這幾年的技術和經驗積累，國內的清洗制絨設備逐步成熟，如深圳捷佳偉創等，2015年在國內新增電池產能中已開始大量采用國產多晶在線式制絨設備。在單、多晶制絨一體機設備的開發上，國內與國外基本都處于設備設計與實驗階段，目前國內已有設備企業與下游電池廠商合作研發。

2）擴散爐：經歷了開管-閉管-全封閉（軟著陸）-負壓擴散幾個階段，大部分電池企業采用國產裝備。

由于能提升擴散均勻性和產能，降低能耗，實現高方阻（目前70 Ω/，目標90～100 Ω/），2015年，在通威、隆基等幾個電池片產能擴張較大的產線中，已開始大量使用負壓擴散爐，主要設備生產廠商包括七星華創、豐盛、捷佳創、中電科技48所等。

我國光伏專用擴散設備正從處理125 mm×125 mm、156 mm×156 mm方硅片向210 mm×210 mm方硅片邁進，目前仍以156 mm×156 mm方硅片為主；擴散的質量從原來的單片和整管擴散均勻性在7％以內的水平，提高到目前單片和整管擴散均勻性在4％以內（常規擴散達到5％以內，負壓擴散達到3％以內）的國際先進水平；擴散方式從原來的開管擴散到現在的負壓擴散；單批次產能從原來的150片、200片、300片發展到目前的500片，尤其是現今市場應用規模較大的負壓擴散，單批次產能達到800～1000片，同時能耗及通源量大幅度減少，擴散方阻均勻性大幅度提高。

3）刻蝕：基本采用濕法工藝，以國產設備為主。

目前市場主流工藝都采用濕法工藝，刻蝕及去磷硅玻璃（PSG）同步進行，基本以國產設備為主，進口設備包括RENA等。

4）PECVD：以管式PECVD為主，已基本實現國產。

PECVD設備是整條太陽電池生產線的核心設備之一。應用于晶硅太陽電池生產線的PECVD設備價格已經占到整條線設備價格的1/3左右，是所有設備中比重最大的一部分，包括管式和平板式兩種。管式PECVD的主要制造商為德國的Centrotherm公司，中國的七星華創、捷佳偉創、豐盛裝備、中電科技48所等。平板式PECVD的主要制造商為Meyer Burger旗下的Roth&Rou。

由于管式PECVD設備均勻性獲得較大提升，目前國內市場已基本采用管式PECVD設備。而國產管式PECVD經過多年工藝考驗，與進口管式PECVD的工藝效果相差無幾，在自動化程度、穩定性和一致性上也已幾乎沒有差異，并且有20％以上的價格優勢，因此得到了廣泛應用。中國臺灣電池廠商，如昱晶等，在建設海外電池片生產線時也開始采購大陸管式PECVD設備。平板式PECVD設備應用范圍逐步減小，僅在部分廠商的老線上有部分應用，Roth&Rou也已改做PERC電池用背鈍化設備。

5）絲網印刷機：單印絲網印刷機已實現國產，雙軌二次印刷仍依賴進口。

2014年開始，國產全自動單軌絲網印刷設備逐步成熟，國內水平在穩定性、一致性等方面已經同國際水平相差無幾，在產能指標上甚至高于進口設備，如東莞科隆威、吳江邁為等。但進入2015年，特別是在2015年下半年，大規模建線方案開始升級為雙通道帶二次印刷功能的設備，該類設備技術含量很高，目前國內市場還是以應用材料（收購的意大利BACCINI）、英國DEK等進口設備為主導。

6）電池片效率測試分選設備已實現國產化，在穩定性方面與國際設備相當。

隨著分布式光伏的發展，客戶對電池片外觀（如顏色一致性）要求越來越高，電池片外觀自動分選成為太陽電池制造過程中一道必不可少的工序。目前國內主要分選機廠家有武漢三工光電和天津必利優科技，國外主要廠家有Vitronic、GP Solar等。

表1　電池片環節主要生產企業

2　發展趨勢

2.1“大尺寸、自動化、高產能”等高檔設備市場廣闊

提高產品性能質量、降低生產成本仍將是2016年光伏設備的主要需求方向。因此，進一步發展適合大尺寸、薄硅片的工藝技術設備，節約硅材料，降低成本成為未來光伏設備行業的發展趨勢；其次，提高單機自動化水平、增加批次裝片量，以提高單機生產效率和產能、降低使用成本和維護成本，也是未來光伏設備發展趨勢之一。同手工相比，自動化可提高整線生產率約25％，并可降低碎片率，減少人工接觸污染，降低生產成本。以目前主流的多晶硅156 mm×156 mm方硅片生產工藝為例，未來主要趨勢是開發單機生產能力在50 MW的生產設備，同時要實現機械手自動傳送、在線檢測等功能。此外，還要提高組件環節自動化水平，減少由于手工焊接等帶來的產品質量穩定性問題，并提高產能。

2.2光伏設備與“大半導體”結合更加緊密

光伏產業屬于“大半導體”工藝領域，目前已經有不少光伏企業與半導體公司合作，將半導體領域中的一些先進生產設備和工藝技術引進到光伏生產中。如目前有一些企業引進干法刻蝕設備，取代傳統的酸性制絨或堿性制絨；有的整合單晶硅生產線和多晶硅生產線，使之相互兼容；離子注入機在光伏生產系統中也已得到一定應用。同時，設備的運行穩定性也將逐步提高，據調查，目前國內設備的MTBF（平均無故障間隔時間）仍較國外設備低。雖然國內設備具有維修反應速度快、維修方便等特點，但仍需在國內的設備生產制造中引入可靠性設計、分析、制造等技術內容，提升設備穩定性和可靠性。

2.3設備研制與工藝開發的結合將更加緊密

設備研制與工藝開發結合得越來越緊密是未來的發展趨勢，使一些高水平的工藝技術和設備研制相結合，通過建立工藝示范線，采取設計、制造、工藝開發、設備開發與改進聯合進行的方式。這樣既可以縮短設備的開發周期，也可以促進先進工藝的應用，同時降低了設備采購成本，可進一步提高國內光伏企業的市場競爭力。其次，在設備研制過程中，零部件配套將逐步

走向社會化、國際化，以利于專業化配套并同國際標準接軌。與此同時，面對光伏行業迅速發展所帶來的巨大商機，要克服設備制造行業一哄而上造成的惡性競爭，以及企業內部“大小通吃、全面出擊”造成的大而不專等問題。

2.4光伏制造向光伏智造轉變

2015年，國家相繼提出了“互聯網+”及“中國制造2025”發展戰略。在此戰略推動下，光伏設備生產企業也需要注重互聯網、自動化控制技術，以及數字化管理技術與設備的結合，以實現智能制造車間。包括單臺設備的自動化和信息化，設備智能化及在線工藝自動控制，利用物聯網技術實現車間設備信息通訊，利用計算機、總線控制、通訊、智能數據分析處理等技術實現全產業鏈信息協同管理及監控與決策的智能化等。未來，光伏智能制造工廠要求全面部署MES、ERP等智能化制造管理系統，生產投料、設備狀態、質量控制、環境監測等實現全程自動監測和調度，產品生產過程可追溯，要求光伏設備生產廠商在自動化及智能化軟件開發上加強研發投入。

2016-05-06

江華（1983—），男，碩士，主要從事光伏產業及市場發展方面的研究。jianghua@ccidthinktank.com