C-Si太阳能制造商详解降低成本的方法

到2020年，除了继续大幅度降低成本外——按照经典的学习曲线，大概每十年成本需要降低约50%——太阳能在整个可再生能源市场的份额也要从目前的10%提升到40%。 Dick Swanson，SunPower Corp.的创始人、总裁兼CTO。 在旧金山举行的Intersolar North America上，Swanson为“晶体硅（c-Si）制造中的挑战”分会做了主题演讲，在这一分会上，来自太阳能价值链上游部分的发言人就如何降低成本进行了讨论。

降低成本的手段有很多，像提高生产规模、改善制造流程、可以使行业受益的公共政策，以及已经相当有效的财政机制，Swanson认为，“至少到目前该机制运行得都很不错。”成本的降低则带动了需求的指数式增长和对新PV应用的开发，这又会继续拉动市场需求以及提高生产规模，其结果是更多的研发资金投入并进入新的成本降低循环。 与价值链上的其他环节类似，多晶硅制造商也在通过改善制造流程来降低成本，并且在很多方面都取得了成功。除了致力于能最小程度地使用多晶硅的薄膜硅太阳能技术外，在标准的c-Si领域，已经出现了多种创新性的方法可以降低生产成本。 随后一项技术被详细地作了介绍，它就是采用精炼的冶金级硅（UMG Si），这种硅材料比多晶硅的金属杂质含量高（实际上高三个数量级），而且比标准的冶金级（MG）硅更加纯净。

“太阳能产业一直以来都依赖于高纯度多晶硅，”CaliSolar（加州，Sunnyvale）的CEO Roy Johnson这样介绍，而他们公司则在太阳能电池中使用UMG Si。“通常的观点是低纯度的硅会导致效率的降低。”但据他介绍，虽然CaliSolar虽然采用100%的UMG Si（有些制造商采用UMG Si/多晶硅混合的做法），但其效率却高于15%。 Johnson指出，在过去几年里，多晶硅的短缺和由此引发的高价格使得业界尤其关注硅的价格，而MG Si供应商则看到了这样的商机，如果把一些材料转变成UMG Si，那么就可以获得非常好的市场和利润。即便多晶硅的价格有所降低，他仍然相信市场上会有UMG Si的一席之地。 Evergreen Solar（马萨诸塞州，Marlboro）采用条带硅片——一种在两条高温灯丝之间生长条带状硅片材料的技术——可以成本降低，同时也降低了传统硅锭生长和硅片切割时对硅材料的浪费。

Evergreen Solar主管战略和商务开发的副总裁Richard Chleboski介绍，即便硅的价格有所降低，但条带技术仍然可以保持对c-Si的绝对成本优势。 但像SunPower这样的传统的c-Si太阳能电池制造商占据着至少80%的太阳能市场，并且多晶硅供应商除了按照经济情况调整价格外，还在持续努力降低硅材料的成本。今年多晶硅价格跳水的一个原因就是供应和需求的巨大落差。

从2004年开始，多晶硅供应商已经看到了太阳能产业需求的增长，并且电池制造商无法获得足够的硅材料，这导致在2008年多晶硅价格的腾空而起，之后很多企业转型进入多晶硅的生产，同时原有企业的产能也急速扩张，这都造成了今年多晶硅价格的跌落。 “现在还有数量巨大的多晶硅产能会接踵而至，”领先的多晶硅供应商Hemlock Semiconductor Group（密歇根州，Hemlock）的副总裁兼市场与销售主管Gary Homan这样介绍。基于Hemlock自身对市场的分析，该公司预测今年的多晶硅产能将突破10万吨大关，而到2014年几乎会达到27万吨。就像Homan的评价那样，“我们的工作保证了基于晶体硅的PV技术仍然是太阳能行业的最佳选择。” 但Homan也警告说，整个行业必须注意，不能让多晶硅的价格过低，否则将会导致再投资的止步，那样整个行业又将会回到供应短缺的老路上。 对供应链上游部分的关注只是关于如何降低c-Si太阳能电池成本的讨论的一部分。

SVTC Solar（San Jose）负责商务开发的主管Moderator Steve Empedocles谈到了太阳能制造的早期阶段，“很多人员都认为，这只是令人激动的科学计划，但永远也无法实现大规模制造。” SunPower成立于1985年，主要基于在斯坦福大学开发的太阳能技术，作为向军用领域提供极高效率、极高价格（大约每瓦200美元）太阳能电池技术的专门供应商，已经获得了广泛的声誉。但该公司在2002年合并Cypress Semiconductor之后却遭遇到了融合危机，Swanson这样介绍，后者主要是将半导体制造领域的专门知识应用到如何降低成本上。Swanson指出，Cypress的CEO T.J. Rodgers曾说过，PV产业最终会变成一场制造的竞争，而且具有最佳制造技术的公司将成为市场的领头羊。 Swanson在他的主题演讲中，详细介绍了一些还需要改进的技术和制造领域。

他说，其中一个使情况变得非常错综复杂的问题是技术选择的可能性太多，因此很多方向都在并行前进——每个方向都有其独特的整套设备和需求。“从设备的角度来看，这不是一个产业，而是五个。” 在硅片阶段，业界正在转向采用更薄的硅片和更细的线锯切割线，这样可以降低硅材料的消耗，同时也开始使用新的浆料，使得硅更容易从中回收利用。但这些工序需要更可靠的清洁手段，Swanson介绍说，并且需要相应的测量方法来检查硅片的清洁程度。 电池的生产需要将成本降低50%，Swanson继续介绍，这需要提高自动化程度。“

我们确实需要更稳定的整套设备，”他补充说，并指出，目前太阳能工业所面临的问题与上世纪七十年代早期的IC工业非常类似。 他还说，物流问题也不可小视。目前PV工业每年在运输方面的花费是5亿美元。如果该产业发展到500 GW的程度，那么运输的成本将上升到约4千亿美元——这会是目前DHL全球运输销售额的一半。