黑硅对于多晶来说是一场救赎

　　几年前阿特斯湿法黑硅独领风骚的时候，或许谁都想不到黑硅会出现如今的“荣景”。

　　近年来，单晶硅片受益于金刚线切割工艺的推广，单晶制绒技术相对成熟，成本大幅下降。随着单多晶之争越演越烈，为持续以成本优势稳居市场主流地位，多晶硅片转换为金刚线切割来更进一步降低成本已到了非做不可的时机，但金刚线切割多晶硅片，采用常规酸制绒无法实现良好的表面织构，甚至无法形成绒面。黑硅技术可以完美解决多晶制绒问题，既能提升电池效率又能降低电池成本，是多晶电池继续进步的必由之路；黑硅技术的成熟又促使采用金刚线切多晶的比例迅速提升，以至于甚至有人说，金刚线和黑硅是孪生兄弟。

　　到目前为止制绒添加剂技术、干法黑硅技术（反应离子刻蚀法ReactiveIonEtching，RIE）和湿法黑硅技术（金属催化化学腐蚀法metalCatalyzedChemicalEtching，MCCE）等都可以解决金刚线切割的多晶硅片反射率高，制绒困难的问题。多晶黑硅技术的热火再起，使得单、多晶的产品路线之争愈发激烈：“究竟谁才是明日之王？”

　　黑硅对于多晶来说，是一场救赎。但这究竟是颠覆性的变革还是延续生命活力的权宜之计？

　　西方先试

　　1997年美国哈佛大学的Eric.Mazur等人用飞秒激光脉冲在SF6和Cl2气体环境下反复照射硅片表面时，产生一种圆锥形的尖峰状阵列结构。当用肉眼观察时，具有这种结构的硅片呈现黑色,故叫“黑硅”。

　　2004年，日本京瓷公司引入了干法黑硅RIE多晶制绒技术。在2008年，以韩国公司为代表的设备厂家开始在中国推广干法黑硅RIE技术。

　　湿法黑硅方面，早在2006年，德国的Stutzmann小组即提出了金属催化化学腐蚀的概念并在实验室进行了初步的研究；直到2009年，美国国家可再生能源实验室（NREL）的Branz博士提出了全液相黑硅制备方法，将湿法黑硅技术朝产业化方向又推进了一步。但是，他们一直未能解决好黑硅表面钝化难题，使得湿法黑硅技术一直停留在实验室阶段。

　　东方“神力”

　　近两年，基于硅片厂家对金刚线切片技术导入的预期以及电池、组件技术的快速发展，干法黑硅RIE技术又逐渐进入行业视野。干法黑硅目前主要在部分一线电池厂家实现量产，如晶科、协鑫集成、中节能等，仍有继续发展的市场空间。“干法黑硅技术工艺稳定成熟，绒面结构均匀，效率提升最高，但需要新增成本较高的设备和工序。”业内专家介绍。

　　2016年5月，晶科能源表示，其采用PERC和黑硅技术的高效多晶电池已进入量产阶段，未来将量产效率提升至20.5%以上。2016年11月，中节能太阳能镇江公司宣布，其采用PERC+RIE黑硅技术的高效多晶电池实现量产，平均转换效率突破20%大关，多晶组件功率超过285W。2017年4月，比太科技发布第四代RIE干法黑硅量产设备Tysol-4000。据悉，比太科技干法黑硅设备出货量已超过1GW。2017年8月，协鑫集成自主研发的干法黑硅多晶PERC电池平均量产效率超过20.3%，最高效率达到20.8%。

　　湿法黑硅技术新增成本支出相对较小，可实现0.3-0.5%的效率提升。但该工艺采用槽式技术，与现有链式技术兼容性差，而且需要面临含银废酸的处理和地方政府环保管控问题。湿法黑硅技术的代表企业有阿特斯、保利协鑫、无锡尚德、比亚迪、苏美达等。据统计，2017年底国内湿法黑硅设备已经超过100台，产能超过10吉瓦。

　　阿特斯早在2009年开始湿法黑硅技术项目调研立项，2014年成功将该技术推广到生产线，在世界上首次实现湿法黑硅技术的产业化。目前，阿特斯量产黑硅电池平均效率超过19%，较常规多晶电池效率提升0.45%，黑硅组件输出功率提升4W。2017年底，阿特斯将具备4GW湿法黑硅产能。

　　2017年，苏美达辉伦自主《一种多晶硅表面倒金字塔结构及其制备方法》获得了发明专利。

　　2017年2月，协鑫集成多晶湿法黑硅PERC电池开始量产，湿法黑硅PERC电池平均效率已达到20%，单片最高效率达到20.5%。2017年将有1.2GW黑硅电池全面投产。

　　2017年3月，中节能太阳能与德国RCT光伏科技公司就湿法黑硅技术签署合作开发协议。2017年6月开始无锡尚德调研并确定湿法黑硅技术方案,12月，无锡尚德宣布其自主研发的湿法黑硅电池成功量产，在提升电池转换效率及组件功率方面均取得了突破性进展。

　　硅片企业为了加速推进金刚线切多晶的推广应用，也积极布局并导入黑硅技术。保利协鑫于2016年11月发布了TS系列湿法黑硅片。2017，保利协鑫重磅发布TS+系列第二代黑硅片，TS+黑硅片采用保利协鑫最新一代湿法黑硅技术，其效率更高、成本更低，更兼容高效多晶PERC技术。经验证，TS+黑硅在上一代黑硅的基础上，电池效率增益将再提升0.05-0.1个百分点，总体提升达0.3至0.4个百分点。

　　设备企业宝馨科技10月公告称，公司于近日成功研发“MCCE黑硅制绒设备”，设备主要用于金刚线切割出来的多晶硅片的制绒，能生产出具有纳米级黑硅绒面的硅片。目前已在协鑫集团得到成功应用。江苏微导纳米装备科技有限公司推出第2代RIE设备——WR5400。

　　三剑合璧

　　硅片端降本，金刚线切多晶应该是最有效途径之一。黑硅是随着金刚线切硅片而重新焕发生机的“老技术”，正是因为黑硅技术的成熟给了金刚线切多晶掀起热浪，席卷全国的底气。另外，由于“背钝化”和“黑硅陷光”又可以“完美”结合，优越的光吸收带来电流增益，良好的钝化实现开压提升，使得多晶黑硅叠加PERC技术后可得到额外收益，效率比普通多晶PERC高出0.4%左右，实现了“1+1>2”的效果，可以说，多晶金刚线切+黑硅+PERC“三剑合璧”效果更强。

　　保利协鑫金善明在接受采访时表示，“切片环节主要解决的是降本问题，而配套的黑硅技术则在降本、提效方面都有提升空间。黑硅制绒之前，普及金刚线切割的多晶硅片已经降本0.5-0.8元/片，而且，黑硅制绒后的多晶硅片可以直接上电池线，替代了传统酸制绒环节。湿法黑硅技术可以融合其他硅片及电池产业化技术，从根本上提升多晶电池的转换效率，并降低光伏组件成本。黑硅技术能够与高效PERC技术高度匹配，黑硅叠加PERC技术预计可以提效1.2-1.5%，实现“1+1＞2”的效果。阿特斯王栩生也认为，黑硅技术能够与高效PERC技术高度匹配，经验证，黑硅+PERC可以提效1.2%-1.5%，实现“1+1＞2”的效果。

　　上海交通大学庄宇峰博士说，现在湿法黑硅技术已经完全成熟，而且可在不同晶面上实现同样的微、纳米绒面，消除晶界，解决电池片的色差问题，基本实现外观单晶化，而且结合PERC工艺，电池性能进一步提升。苏州大学教授苏晓东也表示，常规绒面反射率24%，湿法黑硅绒面反射率16-18%，以20%内光电效率计算，未来提升1.2-1.5%可能性很大。

　　在成本方面，与砂线切+普通电池工艺的单位成本相比，金刚线切多晶+湿法黑硅+PERC的电池制造成本仅为其92.7%，而金刚线切多晶+添加剂制绒+PERC则为其93.5%，而性价比得到了提升。

　　从产线效果来看，“金刚线+黑硅+PERC”的强力组合拳力促更多的高效多晶产品迈入“光伏领跑者计划”，产品效率完全可以满足“超级领跑者”标准。

　　一场革命

　　一直以来多晶在市场上都占有着绝对优势，其原因归功于多晶硅片的高性价比，资料显示，高效多晶技术不断优化晶体结构，目前多晶在晶体缺陷方面与单晶的效率差异大幅降低到0.2%左右，就客户端表现情况来看，单晶与多晶之间并无明显差别。加之铸锭产能提升和结构线等技术对多晶成本的进一步降低，使得多晶能够保持市场优势。但近两年来单晶技术的发展使得单晶成本有明显下降，给多晶造成一定压力。多晶亟待进一步的技术升级，才能继续以性价比优势主导光伏市场。

　　对于多晶来说，黑硅的蓬勃再现无疑是一场救赎，更是一场革命。

　　“前几年，高效多晶技术的主攻方向是围绕晶体结构进行体材料提效，近一年，则是以黑硅技术为代表的硅片表面提效。”面对多晶的发展趋势，业内人士这样总结。黑硅技术的成熟，推动金刚线的迅速扩张，加上背钝化技术的匹配，无疑给多晶注入一针强心剂。

　　多位业内专家都表示，未来五到十年内，在包括黑硅技术的助力下，多晶通过技术升级，还将不断提升转换效率，降低发电成本，以高性价比和技术优势，将继续占领市场主导地位。