晶硅硅片电池尺寸标准化的必要性

:摘要

硅片尺寸的微小增加能够带来电池和组件生产线的产出量微小提升，从而降低每瓦生产成本，同时在不需要改变组件版型尺寸前提下，提升组件功率和转换效率。另外，组件进入4.0或5.0时代，最简洁的途径是增加电池和组件尺寸。许多企业微调硅片电池尺寸从而达到产品的竞争优势，使得目前硅片尺寸出现多种选择，给产业链上下游配合出现麻烦。增加了产品库存。因此急需制定硅片尺寸标准。通过行业主要硅片，电池组件企业近两年的讨论投票，有三个硅片尺寸被选为行业推荐使用标准尺寸，分别是156.75mm，158.75mm 和166.00mm。

1.硅片尺寸的由来，发展及规范的必要性

由于光伏硅片材料最早源于半导体单晶，光伏行业硅片尺寸一直以来沿用半导体的晶圆尺寸6英寸和8英寸（直径），对应到硅片边长尺寸就是所谓的5寸片（125mm）和6寸片（156mm）。由于电池生产设备的进步和产出量提升的需求，5寸片在光伏产业链中逐步退出。2012年后，除了1-2家特殊电池制造商，125mm硅片就基本被市场淘汰了。

行业第一次尝试对硅片尺寸作微小增加是2015年，单晶硅片制造商将156.00mm的边长上调到156.75mm，并减小单晶硅片的倒角，推出了M2尺寸的硅片。该尺寸标准修正在2017年得到SEMI标准委员会的审核通过。这样单多晶硅片边长实际上已经开始统一到156.75mm这个尺寸上。多晶硅片国标在2018年的修订版本中也确定了156.75mm为标准边长，并建议未来的尺寸增加以1mm的倍数来变化。

但是，这个统一的尺寸没有持续太久，行业有些企业开始再次微调自己电池的尺寸，追求组件在现有尺寸下尽量高的转换效率和功率输出，从而符合中国"领跑者项目"的要求，硅片尺寸在156.75mm标准基础上出现157.0mm, 157.3mm, 157.5mm, 157.75mm, 158.0mm等等。受到组件功率超400瓦的目标以及尽可能少的改造投入，最大程度地利用现有电池及组件生产线来降低生产成本等驱动，硅片尺寸又出现了158.75mm，161.75mm，166mm等等变化。

硅片及电池的尺寸增大，有利于产业链从硅片到电池，尤其到组件每瓦加工成本的下降，是行业技术进步的一个重要方向。单片组件功率的提升，甚至是通过组件尺寸的增加而带来的提升，只要市场安装能够接受，都是降低度电成本的一个有效途径。因而，硅片尺寸的增加是光伏制造的发展的趋势。规范未来硅片尺寸，形成全行业共同采纳的标准，成为光伏制造企业共同的诉求。

目前，行业存在的硅片尺寸的多样化给产业链从硅片到电池到到组件造成极大的麻烦，为某家电池特殊尺寸生产的硅片不能流通到其它客户，极易造成库存，造成浪费，同样，有些尺寸的电池不易找到其它买家，造成积压等等。由于未来硅片尺寸的不确定性，设备提供商不能全力开发新一代电池，组件设备等等。因此，硅片尺寸急需统一和标准化。

自从2017年以来，保利协鑫在IEC TC82/WG8的组织架构下，组织行业的主要硅片，电池组件，设备制造以及测试单位，一起来研讨和制定应用于光伏电池生产用晶体硅片的标准几何尺寸标准，推荐几个基于目前大规模生产中较为广泛应用的几种硅片尺寸，并对未来硅片尺寸给出预期指导。这里的晶体硅片包括CZ直拉法拉制的单晶硅片，铸锭法生长的多晶硅片和铸锭单晶硅片。

2.硅片尺寸确立的原则

首先，我们要认识到，不同的硅片尺寸没有哪个对，哪个错的问题，甚至没有一个比另一个技术上更优的问题。在标准上被推荐采纳的尺寸是大部分企业愿意接受的。为避免太多的争议，我们确认下面一些基本原则：

1）硅片的尺寸规格要尽量少。在通过对现有电池及组件生产设备作改造能够接受的硅片尺寸中，尽量确认一个大家接受的尺寸，作为推荐及推广的标准尺寸。

2）要特别防止在标准尺寸之上的微小变化的不同尺寸，比如增加幅度＜1.0 mm。现有的许多在156.75mm之上的发生的许多微小变化都是建立在企业本身的组件尺寸最大化利用，设备最小化改造之上的，应该尽量避免。

3）对新的或通过最大程度改造的电池组件生产测试设备能够采纳的硅片尺寸作规范建议，并使得规范推荐的尺寸之间增量尽可能地大，并被组件应用端所接受。

4）对未来更大硅片尺寸，确认一个最小的增加量，指导未来技术发展时的新尺寸的确定。

5）对于准方形硅片，晶棒直径不作强行规定，但给出推荐值。

3.基本确认的几个规范尺寸

通过近两年的讨论修订，晶硅硅片尺寸的标准草案在今年6月初在上海的IEC TC82/WG8会议上基本确定，几个争议问题，比如是否保留.75在未来尺寸上，是否跳过161.75mm等等，通过投票，基本形成争论后的结果：

1）硅片的标准尺寸，现阶段推荐为：156.75mm，158.75mm和166.00mm。其它尺寸为非标尺寸，可以由供需双方协商采用。

2）在小于166mm尺寸的范围内，规定硅片尺寸相对于在156.75mm基础上的增加量为1mm的倍数。比如157.75mm，158.75mm，163.75mm等，避免157.0mm，161.5mm等。

3）在大于166mm尺寸范围内，规定硅片尺寸相对于在166.00mm基础上的增加量为1mm的倍数。比如168.00mm，180.00mm，210.00mm等等，避免168.75mm，171.5mm等。

具体的硅片尺寸分成方形和准方形，方形硅片示意图和推荐值分别见图1和表1，准方形硅片的示意图和推荐值分别见图2和表2。

Figure 1 - Dimensions of Square Silicon Wafers

图1 方形硅片尺寸示意图

Table 1 - Recommended Dimensions of Square Silicon Wafers

表1 方形硅片尺寸推荐值

Figure 2 - Dimensions of Pseudo-Square Silicon Wafers

图2 准方形硅片尺寸示意图

Table 2 - Recommended Dimensions of Pseudo-Square Silicon Wafers

表2 准方形硅片尺寸推荐值

#1： The diameter can be varied, with the recommended values listed in Table2.

表注：直径值可以变化，表2中为推荐值。

硅片尺寸的标准化得到行业主要企业的积极参与，到目前为止，参与企业和单位的名单见表3。该标准将于今年10月份在IEC TC82进行立项审查。在审查通过后，该标准草案将在全球范围内得到讨论和投票。

表3 标准草案的参与单位名单

作者来自保利协鑫能源控股有限公司

原标题:晶硅硅片电池尺寸的标准化