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2025-03-31 18 新能源及电力行业报告
硅片处于光伏产业链中上游,是连接硅料和电池片的重要环节。单晶硅片制造企业利用单晶硅炉生产单晶硅棒、多晶硅片制造企业利用铸锭炉生产多晶硅锭,之后再将硅 棒或硅锭切割成单晶硅片或者多晶硅片,最终用于太阳能电池板、电池组件生产。因此,硅片制造行业是实现多晶硅原料向太阳能电池转变的必经阶段,伴随着全球太阳 能光伏产业的发展而发展。 多晶硅片占比快速减少,单晶成为市场主流。光伏硅片大体可以分为多晶硅片和单晶硅片,当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核 长成晶面取向不同的晶粒,则为多晶;如果晶面取向相同,则为单晶。由于单晶电池转换效率可以比多晶电池高2-3个百分点,随着下游对单晶产品的需求增大,单晶硅 片市场占比迅速从2016年的不足20%提高到2021年的95%。预计未来单晶仍将占据市场绝大部分份额,且 N 型单晶硅片占比将持续提升。拉晶工艺主要包括Fz法和Cz法,光伏领域主要使用Cz法。单晶硅根据长晶方式不同,主要有悬浮区熔法(Fz-floatzone)和直拉法(Cz-czochralski)。区熔可以生产 出高质量的高纯度单晶,但其对原料、设备和技术的要求较为苛刻,且对于多晶硅原料的尺寸要求较高,生产的晶体尺寸也较小,导致其生产成本较高。目前Fz法多应用 于对硅片要求较高的半导体领域,而光伏领域主要使用Cz法。 ➢ Cz法经过十余步骤,掺杂剂决定得到P型硅片或者N型硅片。
Cz直拉式单晶硅生长主要工艺流程包括:装料→抽真空→检漏→压力化→熔料→稳定化→熔接→引晶→放肩 →转肩→等径→收尾→停炉,以及两个重要辅助工艺——煅烧、副室隔离净化。装料和等径加入的掺杂剂控制着后续得到的硅片类型,三价B族受主掺杂剂和五价Р族施 主掺杂剂将分别得到Р型和N型半导体。其中等径是晶体生长的主体部分,等径段是硅单晶的有效利用部分,单晶硅片的原料即从这部分得到。直拉单晶炉是拉晶环节核心设备,伴随硅片不断向大尺寸方向演化。直拉单晶炉技术的已经历多轮迭代,持续向更多装料、更大尺寸、更高效率方向进化。根据直径划分, ≤1.5英寸为第一代,≤2英寸为第二代,4-6英寸为第三代,8-12英寸第四代,从第三代开始实现直拉单晶炉控制的半自动化,到第四代基本实现了智能全自动化的升级。 目前顺应大尺寸化发展趋势,已经发展至主流160炉型(210mm向下兼容182mm),热场尺寸达36英寸以上,单炉投料量达2800kg以上。 国内单晶炉供应商技术已达到领先水平,单晶炉设备全面国产。我国拉晶设备的起步发展得益于早期在半导体拉晶设备领域积累,此后随着光伏行业的迅猛发展,国内光 伏单晶炉设备供应商快速成长。美国Kayex公司是全球生产全自动单晶硅生长炉的代表,技术一直处于行业前沿,是世界上首次拉出8英寸单晶硅棒的公司,2013年被连 城数控收购;晶盛机电开发出了拥有自主知识产权的 ZJS 系列全自动单晶炉,多次填补国内空白;北方华创传承五十多年电子装备及元器件的生产制造经验,在国内市 场占有重要的地位;其他厂商还有京运通、天通吉成等等,目前国内厂商的设备水平已走在全球前列,我国光伏单晶炉设备已经全面国产化。
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