隨著煤炭、石油資源的短缺，太陽能逐漸走進(jìn)人們視野。小到街邊的路燈、房屋，大到工廠、沙漠、太空站，都已經(jīng)開始使用太陽能發(fā)電。
光伏是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的簡稱，作為一種可持續(xù)發(fā)展的綠色行業(yè)，光伏產(chǎn)業(yè)正受到越來越多的關(guān)注。作為太陽能電池的原料之一，首先我們認(rèn)識一下硅。
硅簡介
硅是地殼中含量第二豐富的元素，地殼中約含26.3%，僅次于氧元素。硅是介于金屬和非金屬之間的半金屬。 1823年，瑞典化學(xué)家貝采利烏斯首次分離出硅，命名為silicium，元素符號是Si。
在常溫常壓下，Si具有正四面體金剛石型晶體結(jié)構(gòu)，晶體硅是間接帶隙半導(dǎo)體,其帶隙為1.12eV，計(jì)算可得晶體硅太陽電池的理論轉(zhuǎn)換效率極限為29%，晶體硅的折射率為3.4，如果不做任何處理，40%的入射可見光將在前表面發(fā)生反射。
Si有無定形硅和晶體硅兩種同素異形體。無定形硅為黑色；晶體硅呈鋼灰色，有明顯的金屬光澤、晶格和金剛石相同，硬而脆，能導(dǎo)電，但導(dǎo)電率不如金屬且隨溫度的升高而增加，屬半導(dǎo)體。
硅在光伏行業(yè)的應(yīng)用
硅在光伏發(fā)電中，是絕對的C位，活躍于各個(gè)核心環(huán)節(jié)。
1、 硅料/硅錠環(huán)節(jié)
硅料是光伏產(chǎn)業(yè)鏈的核心原材料，是制約光伏產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸之一。 硅料是影響晶體硅電池系列產(chǎn)品成本的最主要因素。為了降低成本，減少硅材料的損耗，增加硅錠/硅棒尺寸、增加硅片尺寸和減薄硅片厚度將是光伏行業(yè)上游各環(huán)節(jié)不變的發(fā)展趨勢。
目前多晶硅錠的尺寸正從G6和G7逐步向G8發(fā)展，硅錠重量也從800kg逐漸增加至1000kg以上，根據(jù)ITRPV2020的預(yù)測，到2024年，多晶硅錠的重量或?qū)⑻岣咧?200kg。 2022年以來，硅料價(jià)格維持上漲的態(tài)勢。
2、硅片環(huán)節(jié)
隨著國內(nèi)光伏發(fā)電量的持續(xù)增長，草原沙漠戈壁上閃爍著的成片光伏板越發(fā)常見。而硅片就是這一塊塊電池板的重要組成部分，它可以吸收太陽送來的光能，轉(zhuǎn)換成電能，集中存儲并送進(jìn)千家萬戶。
近幾年光伏產(chǎn)業(yè)的硅片切割環(huán)節(jié)主要圍繞著大尺寸硅片和薄片的方向發(fā)展。增加硅片尺寸可以提升組件功率、降低成本。行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的硅片尺寸主要包括157mm、157.75mm和158.25mm等，目前正逐步向166mm、182mm、210mm等大尺寸推進(jìn)。 此外，薄片化是硅片環(huán)節(jié)的另一發(fā)展趨勢。近幾年硅片厚度已從210μm、200μm降低到180μm、170μm，且仍在持續(xù)降低。 過去10年，光伏是國內(nèi)發(fā)電成本下降最快的能源類型，成本累計(jì)下降約90%。能取得這樣的成績，最大的原因就是產(chǎn)出的硅片一直變薄、變大。目前，全世界最大、最薄的G12光伏硅片，正是在天津TCL中環(huán)工廠生產(chǎn)的。
3、電池環(huán)節(jié)
傳統(tǒng)的太陽能光伏電池是P型電池，而近年來，N型電池技術(shù)不斷成熟，已經(jīng)在產(chǎn)能和良品率兩方面都實(shí)現(xiàn)了突破。 P型電池是以P型半導(dǎo)體為基礎(chǔ)制成的P型硅片。由于P型硅片摻雜硼元素，且硼與硅雜質(zhì)分凝系數(shù)相當(dāng)，因此P型電池分散均勻度較容易控制，所以制備工藝相對簡單，成本較低。
N型電池是以N型半導(dǎo)體為基礎(chǔ)制成的N型硅片，N型硅片摻雜磷元素，磷與硅相溶性差，制備工藝相比P型硅片復(fù)雜得多，但是理論上N型電池光電轉(zhuǎn)換效率可以更高，應(yīng)用前景更好。 因此人們在努力提高和完善P型電池的同時(shí)，也投入更多的精力探索N型電池技術(shù)的突破。
4、組件環(huán)節(jié)
光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。光伏組件是能單獨(dú)提供直流電輸出且最小不可分割的，具有封裝及內(nèi)部聯(lián)結(jié)的光伏電池組合裝置，也是面向下游終端的直接載體。
從光伏組件的重要性來看，在硅片薄片化大趨勢下電池片變得更易碎，組件封裝可以有效避免電池碎裂，且更方便搬運(yùn)和戶外安裝，因此組件封裝質(zhì)量的好壞將直接決定光伏電池的使用壽命及可靠性。
據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，中國光伏組件產(chǎn)量已連續(xù)15年位居全球首位，多晶硅產(chǎn)量連續(xù)11年位居全球首位，新增裝機(jī)量連續(xù)9年位居全球首位，累計(jì)裝機(jī)量連續(xù)7年位居全球首位。 電池片是光伏組件的核心部件，從功能來看，電池片是通過將硅片加工處理得到的可以將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體薄片，決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力，原理是光生伏特效應(yīng)和 PN 結(jié)。從電池片材料來看，可將光伏組件分為晶硅組件和薄膜組件兩類。與薄膜組件相比，晶體硅組件在市場份額方面依然占有絕對的優(yōu)勢。根據(jù) CPIA 數(shù)據(jù)，2021 年晶硅組件市場份額高達(dá)96.2%。 隨著光伏行業(yè)的發(fā)展，市場對高效率高功率組件的需求也在持續(xù)上升。半片+多主柵+大尺寸硅片的雙面組件技術(shù)或?qū)蔀槲磥韼啄曜罹吒偁幜Φ募夹g(shù)。
硅：改變世界未來的能源中心
目前，中國是全球最大的電力消耗國，我們80%的能源來自化石燃料。
據(jù)碳中和目標(biāo)，到2060年，中國只有14%的能源來自煤炭、石油和天然氣，未來將有42%的能源來自太陽能和核能。全球正進(jìn)入一個(gè)以太陽能為主的新能源時(shí)期，中國將迎來一場巨大的能源變革。
我們將進(jìn)入由碳基能源向硅基能源轉(zhuǎn)變的新能源時(shí)代。改變能源結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離化石燃料，同時(shí)引入一種新的經(jīng)濟(jì)模式，是一項(xiàng)不小的任務(wù)。 相當(dāng)于在未來40年內(nèi)，硅改變整個(gè)中國經(jīng)濟(jì)，乃至改變世界未來的能源中心。
參考來源：協(xié)鑫科技官網(wǎng)、中國粉體網(wǎng)
【1】晶體硅光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及趨勢研究
【2】工業(yè)微報(bào).央視大型融媒體報(bào)道《智造中國》：河北從制造到智造推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級天津加快建設(shè)先進(jìn)制造研發(fā)基地
【3】況杰.太陽能光伏電池的新材料路線演進(jìn)
【4】光伏組件行業(yè)研究：大尺寸+N型+高功率為主旋律
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
