太阳能电池用硅材料国内外现状与技术发展（ 精品）

1、太阳能电池用硅材料国内外现状与技术进展 上海合晶硅材料 李积和2005年6月 目录1 引言2 太阳能电池的分类和光伏产业价值链 3 太阳能用硅材料的生产工艺 4 国外太阳能电池用硅材料现状 5 国外太阳能电池用硅材料近年来的技术进展 6 国内太阳能电池用硅材料现状 7 发展国内太阳能电池用硅材料的思考 1 引言 1-1 硅材料的应用领域1-1-1半导体用硅材料1-1-2 太阳能电池用硅材料1-2 半导体硅材料简介 1-2-1 世界半导体硅材料工业现状 1-2-2 国内半导体硅材料工业现状 1-1 硅材料的应用领域 工业硅 （又称：结晶硅或金属硅）半导体用硅材料 含硅化合物（SiHCl3, Si

2、H4） 太阳能用硅材料 半导体用多晶硅 太阳能用多晶硅 （又称：高纯硅或超纯硅） (Solar grade silicon) 单晶硅锭 单晶硅锭 多晶硅锭 各种硅片 单晶硅片 多晶硅片 各种半导体器件 单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 在半导体应用中还有半导体设备零件及消耗材料等硅材料的另一应用领域在红外光学红外滤光片 半导体用硅材料 半导体器件集成电路 IC分立器件 Discretes微机电系统和微光机电系统 MEMS MOEMS 硅材料抛光片 （Polished Wafer） 外延片 （Epi wafer ）SOI （Silicon on Insulator ）应变硅 （Stained

3、Silicon ）应变SOI （Stained Silicon on Insulator） 研磨片 （Lapped Wafer ）腐蚀片 （Etched Wafer ）抛光片 （Polished Wafer ）双面抛光片 （Double Polished Wafer ）腐蚀片 （Etched Wafer ）SOI （Silicon on Insulator ） 太阳能电池用硅材料太阳能电池类型 单晶硅太阳能电池 （sc-Si Cell）多晶硅太阳能（mc-Si Cell ） 硅材料 CZ单晶硅片FZ单晶硅片多晶硅片（包括铸造、电磁铸造多晶硅及带硅）世界半导体硅材料工业现状（1） 2000200

4、4年世界硅片发货量Worldwide Silicon Data 2000 2001200220032004Area Shipments (MSI) 5,5513,9404,6815,1496,262Revenues ($B) 7.55.25.55.87.3 来源：SEMI Silicon Manufacturers Group (SMG) 2004年Q3Q4各种硅片的比例 Q3 2004 %Q4 2004 %Polished1,215 74.61,114 75.0Epitaxial353 21.7314 21.1Nonpolished 61 3.758 3.9TOTAL 1,629 1001,

5、486 100世界半导体硅材料工业现状（2）2004年世界硅片发货量较2003年增长22%。销售收入增长26%。与2000年相比，发货量增加13%，销售收入却下降3%。19952004年ASP(Average Selling Price)指数10年间从1下降到。Gartner预测2005年世界硅片需求放缓，面积增长仅3%。世界半导体硅材料工业现状（3）2004年世界主要硅片生产商排名Shin-Etsu Handotai SUMCO （Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation ） MEMC Electronic Materials Siltronic（Wac

6、ker Siltronic ）以上4家占世界市场份额的80%Komatsu Electronic Metals Toshiba Ceramics LG Siltron以上7家占世界市场份额的95%世界半导体硅材料工业现状（4）产业特点：资金密集 技术密集生产集中化程度越来越高受硅周期影响 效益低技术方向：大直径化，200mm是主流，正向300mm过渡，下一个目标将是450mm高端应用向SOI、 Stained Silicon 及Stained SOI发展国内半导体硅材料工业现状（1）2004年多晶硅产量不到50T；硅单晶产量达到约1700T，增长幅度约43%，主要是由于太阳能硅单晶大幅度增长；

7、抛光片稳步增长，但直径仍限于6英寸及以下。国内半导体硅材料工业现状（2） 产业规模小而分散 全国抛光片产量占世界产量的3%左右，不及韩国LG Siltron一家。技术水平低 只能生产6英寸及以下的硅片，与我国IC工业的发展形成鲜明对比。多晶硅产量低单晶硅产量迅速增加外延片生产有发展SOI从无到有前景国内半导体硅材料工业现状（2）主要半导体硅材料企业IC抛光片北京有研硅股（CZ单晶抛光片、FZ单晶研磨片）宁波立立电子（CZ单晶抛光片、Epi）洛阳单晶硅（包括MCL）（CZ单晶抛光片、FZ单晶研磨片）上海合晶硅材料（CZ单晶抛光片）上海申和热磁电子（抛光片）昆山中辰矽晶（即将）浙江万向硅峰电子（即

8、将）湖州新元泰微电子（即将）外延片河北普兴电子材料 南京国盛电子 SOI上海新傲科技（SOI、Epi）国内半导体硅材料工业现状（3）主要半导体硅材料企业(续)分立器件研磨片峨嵋半导体材料（ 多晶、CZ单晶研磨片、FZ单晶研磨片）杭州海纳半导体（ CZ单晶研磨片）河北晶龙集团（ CZ单晶研磨片）西安骊晶电子技术（ CZ单晶研磨片）天津市环欧半导体材料技术（ FZ单晶研磨片）上海卡姆丹克半导体（ CZ单晶研磨片）上海通用硅材料（ CZ单晶研磨片）2 太阳能电池的分类和光伏产业价值链2-1 太阳能电池的分类2-1-1 各种太阳能电池的市场份额2-1-2 晶体硅太阳能电池的发展趋势2-2 光伏产业价值

9、链 太阳能电池的分类 各种太阳能电池的市场份额2004年太阳能电池产量，增长60.6%，其中：产量比例%增长%mc-Si669.1556.046.8sc-Si343.4528.771.3a-Si64.605.449.2a-Si/scSi60.005.0100Ribbon41.003.4502.9CdTe13.001.1333.3CIS3.00.3-25.0太阳能电池的分类 晶体硅太阳能电池的发展趋势mc-Si 比例总体上升趋势，但04年有所下降，从03年的61.3%下降至56%；sc-Si 比例止住了下降趋势，由03年的26.9%上升至28.7%。而且同比增长（71%），超过mc-Si （46

10、.8 % ）。如果包括a-Si/scSi ，则比例达到32.1%,同比增长75%。Ribbon 比例由03年的0.9%,提高至3.4%，同比增长502.9%； 晶体硅（包括mc-Si, sc-Si, a-Si/scSi和Ribbon）的比例近4年来变化不大，在91.1%93.1%之间；光伏产业价值链 3 太阳能用硅材料的生产工艺 1-1 单晶锭 1-1-1 CZ法 1-1-2 FZ法1-2 多晶锭1-2-1 铸造多晶硅1-2-1 EMC多晶硅太阳能用硅材料的生产工艺 CZ法 来源：CGS太阳能用硅材料的生产工艺 CZ法1 熔化 2 稳定 3 引晶 4 缩径 5 放肩 6 等径来源：CGS太阳能

11、用硅材料的生产工艺 FZ法FZ 来源：CGS太阳能用硅材料的生产工艺 多晶浇注法来源：太阳能用硅材料的生产工艺 多晶浇注设备HEM DSS太阳能用硅材料的生产工艺 多晶硅锭太阳能用硅材料的生产工艺 方法比较NREL Silicon Growth Methods - A Comparison Method Width （cm）Weight (kg)GrowthRate (mm/min)Growth Rate (kg/h)Throughput(m2/day) Energy Use(kWh/kg) Energy Use(kWh/ m2)Efficiency(Typical, best) FZ15 5

12、0 2-4 4 80 30 36 18, 24 CZ15 50 0.6-1.2 1.5 30 18-40 21-48 15, 20 DS(定向结晶)69 240 0.1-0.6 3.5 70 8-15 9-17 14, 18 EMC(电磁铸造)35 400 1.5-2 30 600 12 35 30%R&D同时拉制2条或4条带硅厚度 150 m 4-4 太阳能硅片的规范 SEMI标准（1）SEMI M6-1000 SPECIFICATION FOR SILICON WAFERS FOR USE AS PHOTOVOLATIC SOLAR CELLS 1981,1985,2000 1 Purpo

13、se2 Scope3 Referenced Standards4 Terminology5 Ordering Information6 Requirements7 Test Methods8 Certification9 Packing and Package LabelingAppendix 1太阳能硅片的规范 SEMI标准（2）Requirements 6.1 Dimensions and Permissible Variations6.1.1 Wafer Thickness and Variation Rectangular Mainly Square Dimensions Square

14、 Crystalline Silicon Wafer Dimensions Circular Monocrystalline Photovoltaic Solar Cell Silicon Wafer Pseudo- Square Monocrystalline Photovoltaic Solar Cell Silicon Wafer6.2 Materials and Manufacture Physical Parameters Conductivity type and dopant Resistivity Amounts of impurities (oxygen snd carbon

15、 content) Diffusion length and Minority-carrier lifetime6.4 Wafer defect limits6.5 Sampling 太阳能硅片的规范 SEMI标准（2）附录 1（硅片物理参数的典型值）晶向： （sc）电阻率： 0.52-cm氧、碳含量： Oi 11018 (CZ); 81017 (mc) Ci 51017 (CZ); 11018 (mc)寿命和少子扩散长度： 120s4-5 趋势及分析世界能源和环境状况决定了光伏产业将继续以较高的速度发展。但04年的超常发展并非是由于产业本身技术上的突破，而主要是政府政策拉动的结果，这种拉动对

16、光伏产业的发展在一定时期是必要的，但不可能长期延续。光伏产业在上述超常发展的情况下，遇到了多晶硅的短缺，造成了包括硅材料在内的产业高利润，从而造成了资本市场和股票市场的追捧。这是暂时现象。多晶硅瓶颈问题，23年时间应能解决。光伏产业必将回归于理性发展。近年来的发展表明，晶体硅太阳能电池的地位短时间内无法撼动。晶体硅太阳能电池中，并未像预料的那样，多晶硅的比例持续上升，单晶硅比例持续下降。单晶硅有两条路可走：低成本工艺和高质量工艺。当前情况下薄片工艺和节约原材料的Ribbon工艺受到重视。6 国内太阳能电池用硅材料现状6-1 概述6-2 主要生产商简介6-3 趋势及分析 国内太阳能电池用硅材料现

17、状6-1 概述 CZ单晶锭生产快速发展 产量 地域 外资 大部晶锭直接出口 企业价值链短硅片加工薄弱多晶硅片生产企业少与国内太阳能电池企业发展结构上脱节国内太阳能电池用硅材料现状 概述 硅单晶产量2004年单晶硅产量（吨）单晶总产量1700太阳能单晶产量1200太阳能单晶生产能力2000近年来我国硅单晶产量注：单晶硅产量 及生产能力估算见附件1国内太阳能电池用硅材料现状 概述 多晶硅锭、片保定英利新能源有限公司6浙江精功光电有限公司2我国多晶硅片 生产能力（MW）国内太阳能电池用硅材料现状 概述 硅片加工国内太阳能硅片加工环节十分薄弱。除保定英利新能源浙江精功光电配套多晶硅片加工外，太阳能单晶

18、生产企业中只有晶龙有少量多线切割能力。专业硅片加工企业目前仅一家，即镇江环太硅科技 。切割能力约为1000万片/年 。国内现状 主要生产商 单晶锭、片生产企业（1）河北宁晋单晶硅工业园区 宁晋松宫半导体 河北晶龙集团廊坊松宫半导体（北京明成光电子材料）辽宁锦州单晶硅生产基地 锦州新日硅材料 锦州华日硅材料 锦州华昌硅材料江苏顺大半导体发展 国内现状 主要生产商 单晶锭、片生产企业（2）中国江苏荀氏集团所属企业（常州） 常州亿晶光电科技 江苏华日源电子科技另有河北涿鹿中源硅等国内部分半导体硅材料生产商也生产太阳能单晶： 峨嵋半导体材料 西安骊晶电子技术 万向硅峰电子 上海卡姆丹克半导体 上海通用

19、硅材料全国各地小型太阳能单晶锭生产企业大量涌现仅河北晶龙集团和上海通用硅材料有少量线切割能力国内现状 主要生产商 单晶锭、片生产企业（3）河北宁晋单晶硅工业园区宁晋松宫半导体由日本松宫半导体技术株式会社控股，是国内最大的晶锭生产商。产品出口日本，在松宫的仙台工場经线切割加工成硅片销售。河北晶龙集团由原晶隆半导体厂改制而成，以半导体硅棒、片内销为主。当前拥有单晶炉180余台，年生产能力超过1000吨。并有多家石墨器件和石英制品等配套企业。2004年单晶硅棒生产718吨，同比增长123.68%，销售748吨，增长97.36%，其中出口661吨。近年来生产情况如下：今年3月晶龙集团与三河市华电亿力科

20、贸共同投资的华电亿力硅单晶多线切割产业化项目已在燕郊开发区开工。总投资6237万元，年产单晶硅棒240吨、硅片1800万片。预计一期工程今年9月底投产，年产超薄型硅单晶圆片和方片900万片。与澳大利亚合资的晶龙中澳太阳能发展的成立，企业价值链向下游延伸，迈开走向垂直集成型光伏企业的步伐。20012002200320042005 预计120 268 （松宫）321 718 1000国内现状 主要生产商 单晶锭、片生产企业（4）辽宁锦州单晶硅生产基地 现有与日本宇宙能源株式会社（原名金属再生株式会社）合资（外方25%）的新日硅材料和华日硅材料以及与香港合资的华昌硅材料共三家企业。当前拥有单晶炉30

21、台，生产能力约188吨。2004年生产约100吨。预计今年产量200吨。在建项目阳光能源硅材料，与日本宇宙能源株式会社合资，年产万片太阳能电池用英寸硅片项目列入国家发改委2004年第一批振兴东北老工业基地高新技术产业发展专项计划。装备TDR-80和85炉50台及多线切割设备，企业价值链得以延伸。另一在建项目是与香港合资的佑华硅材料，80炉20台。年底规模可达单晶炉100台，设备能力国内第二。国内现状 主要生产商 单晶锭、片生产企业（5）江苏顺大半导体发展 江苏高邮。项目一期总投资亿元，03年10月破土动工。7月份第一批14台单晶炉投产。05年初46台套单晶炉全部投产。生产能力400吨/年。今年

22、该公司与德国公司签订了投资万美元单晶硅扩大生产协议。已有引进切片设备对现有产品进行深度加工的举措。国内现状 主要生产商 单晶锭、片生产企业（6）在建和筹建的单晶锭、片企业华电亿力硅单晶多线切割产业化项目（单晶及硅片）阳光能源硅材料（单晶及硅片）佑华硅材料（单晶）江苏顺大半导体发展（单晶及硅片）常州天合光能 （单晶，24台）浙江嘉兴嘉晶电子（初期单晶，20台）河北涿鹿信息产业研发基地 （单晶，年内安装50台）国内现状 主要生产商简介 多晶硅锭、片生产企业保定英利新能源垂直集成型，目前公司具有6MW 多晶硅片、10MW电池片、50MW电池组件的生产能力。 今年二期投资完成后,公司硅片的年生产能力将

23、达到70MW，将新增DSS多晶硅铸锭机20台,破锭机3台,多线切割机5台。浙江精功光电（前身为浙江中意太阳能）原为中方与意大利ENITECHNOLOGIE 合资企业，多晶硅片生产能力2MW。有扩大生产规模至20MW 的计划。国内现状 主要生产商 多晶硅锭、片生产企业（2）在建和筹建的多晶锭、片企业精功绍兴太阳能技术（筹建） 精功集团与德国布莱斯-戴姆勒集团(Preiss-Daimler)共同投资兴建。引进GT Sola设备和技术。一期10MW，二期将达20MW。力诺太阳能基地项目（济南） 太阳能多晶硅片2500万片，太阳能电池片50MW，太阳能电池组件50MW，太阳能电站10MW。 该项目第一

24、期是利用现有土地和厂房，购置多晶硅铸锭炉5台，1台破锭机和1台SD-B型线切割机等主要设备。年产量为多晶硅片500万片,第二期1000万片，第三期2500万片 （新疆新能源公司20MW硅片项目，资金筹措中）国内现状 主要生产商简介 专业硅片加工企业镇江环太硅科技 在无锡尚德太阳能电力支持下2004年兴办。从事太阳能级单晶、多晶硅片的切割加工。瑞士进口的多线切割机2台，切割能力1000万片/年 。国内现状 趋势及分析（1）单晶硅生产继续高速发展 较大扩建、在建和筹建的单晶锭、片企业（项目）7个 单晶硅生产能力（吨）多晶硅片正在发展 扩建、在建项目2个 多晶硅片生产能力（MW）硅片加工得到重视 单晶硅片在建项目2个，04年新增硅片加工能力2500万片04年产量04年生产能力05年生产能力12002000300004年产量04年生产能力05年生产能力887282国内现状 趋势及分