第二节 光伏产业链的工艺概述

太阳能光伏产业链包括多晶硅原料生产、硅棒/硅锭生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等环节，如图1-7所示。在产业链中，太阳能电池制造是最重要的生产环节。目前，世界上太阳能光伏电池90%以上是以单晶硅或多晶硅为原材料生产的。

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度为350～450μm 的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成，整个生产工艺非常复杂，生产环节众多，主要的生产环节如图1-8所示。

1. 多晶硅料

多晶硅料的提炼需要较大资金投入、较多能源消耗（每生产1kg 多晶硅料需要耗电200～500kW·h）和较高技术门槛。目前，国际上生产高纯度多晶硅料的生产工艺85%以上采用改良西门子法，它是利用氯气和氢气合成 HCl，HCl 和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3 进行分离精馏提纯，提纯后的 SiHCl3 在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅料。这种高纯多晶硅料的纯度要求较高，一般需达到99.9999%以上。

2. 铸锭切片

多晶硅料需要转化成单晶硅棒或多晶硅锭后，才能把它进一步加工成硅片、电池和组件。单晶硅棒生产最常用的工艺就是直拉法。在这个过程中，将多晶硅料放入石英坩埚中，经过加温后缓慢熔化，浸入一根具有一定晶向的籽晶，经过缩颈、放肩、转肩、等径、收尾生长和冷却过程，完成一根单晶的生长过程。多晶硅锭生产最常用的工艺是铸锭法。在这个过程中，将多晶硅放入石英坩埚中，经过加热、熔化、长晶、退火和冷却，完成一个多晶晶锭的生长过程。把单晶硅棒或多晶晶锭切割成硅片，目前基本上采用的是多线切割技术。将硅棒或硅锭经表面整形、定向、切割、研磨、腐蚀、抛光、清洗等工艺，加工成符合特定要求的硅片。硅片的厚度已经从2004 年的主流厚度270μm 发展到现在的以200μm 为主。目前，国际上部分厂家生产的硅片厚度可以达到180μm。目前硅片的利用率已经提高了32%以上。由于拉晶炉和铸晶炉设备生产基本上实现了国产化，再加上技术门槛较低，所以近年我国新上了一大批拉棒切片项目，大大促进了行业的发展。

3. 晶体硅电池

拉棒切片的下一个环节就是生产太阳能电池，太阳能电池分为晶体硅电池和薄膜涂层电池两大类。晶体硅电池占据了90%以上的市场份额，其中单晶硅电池的转换效率最高。多晶硅电池的转换率也突破了16%。制造太阳能晶体硅电池需要经过很多工艺，其中包括硅片清洗、表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜和丝网印刷等。

4. 电池组件

为了满足太阳能电池的实际使用要求，须将若干单体电池按电性能分类进行串、并联，经过封装后组合成可以独立作为电源使用的最小单元，这个独立的最小单元称为太阳能电池组件。太阳能电池组件由光伏电池和金属框架、玻璃盖片、电缆引线以及黏结剂等组成。在封装过程中，单体太阳能电池之间是用金属导电带串联或并联焊接在一起的。目前常用的晶体硅太阳能电池封装一般是依次将钢化白玻璃-EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）-光伏电池片-虹吸玻璃-EVA-PVF（聚氟乙烯）复合膜叠起，放入层压封装机内进行封装，再组装上导线、接线盒、边缘密封带及金属柜架，就完成了整套组件的封装工艺。在整个光伏产业链条中，太阳能电池组件封装的资金和技术门槛最低。多数设备已实现国产化，且价格比较便宜。由于电池片越来越薄，为了降低破碎率，一些企业习惯依靠手工操作。采取OEM代工方式，可进一步减少流动资金占用。近年来，电池组件这一环节发展最为迅速。

5. 光伏系统

光伏系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统。一般将光伏系统分为独立系统、并网系统。光伏发电系统由电池方阵、蓄电池组、控制器和逆变器等组成。电池方阵是由多块光伏电池组件串联、并联构成的阵列，其作用是将太阳能转换为电能。蓄电池组由多只蓄电池串联或并联组成，其作用是储存光伏电池方阵发出的电能，并可随时向负载供电。控制器是防止蓄电池组被电池方阵过充电和被负载过放电，使蓄电池组使用达到最佳状态的中心控制设备。逆变器是光伏发电系统的电源转换设备，其作用是将直流电转换为单相或者三相交流电。由于电池组件是半导体材料，控制器和逆变器是电子设备，蓄电池是化学装置，所以发电系统无转动部件，运行可靠，故障率低，一次投资可保证20年不间断供电。发电系统按运行方式可分为离网运行系统和并网运行系统两大类。其中，离网运行系统主要用于为公共电网难以覆盖的边远农村、牧区和海岛的农、牧、渔民提供基本生活用电，为通信中继站、沿海与内河航标、气象台站及边防哨所等特殊场合提供电源。并网运行系统把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器把电能送上电网。光伏并网发电是当今世界太阳能发电技术发展的主流趋势。

6. 光伏发电、安装工程及电站运营

光伏发电，实际上就是太阳能电池在光伏产业链下游产业集群的核心功能价值表现。光伏产业链的下游企业，除太阳能电池并网发电在发电工程等领域的具体应用外，还包括太阳能光伏电池与机电产业、建筑材料的结合利用光伏集成建筑等方面，目前在国内市场的准入门槛还不是太高。光伏发电产业的普及，在当前需要政府的引导和激励。

光伏发电具有广泛的应用，太阳能光伏终端产品主要有室外照明装饰灯具、道路交通警示标志、太阳能多功能电源、电源转换器、太阳能户用电源、太阳能控制系统主板、光伏（风/光/柴互补）电站等，如图1-9所示。

（1）居民用户太阳能电源：①小型电源为10～100W 不等，用于边远无电地区（如高原、海岛、牧区、边防哨所等）军民生活用电，如照明、电视、收录机等；②3～5kW家庭屋顶并网发电系统；③光伏水泵用于解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

（2）交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

（3）通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通信/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

（4）石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

（5）家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

（6）光伏电站：10kW～50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车场充电站等。

（7）太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来的发展方向。

（8）其他领域包括：①与汽车配套的太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；②太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；③海水淡化设备供电；④卫星、航天器、空间太阳能电站等。

7. 应用材料及相关产业

光伏产业链不仅涉及电池片项目，而且还带动多晶硅料、硅棒、硅锭、硅片、电池片、电池组件、发电系统和应用产品的发展，同时还需要大量的应用材料为其配套。低铁玻璃由于具有透光率高、反光率低、机械强度大和耐腐蚀等特点，被广泛应用于光伏组件的基板材料。硅烷是生产单晶硅、多晶硅、非晶硅等一系列含硅化合物的基本材料。在等离子增强化学气相沉积工艺中，它生成一层减反射膜沉积在电池片表面。三氯氧磷用于在电池片的扩散过程中与氧气反应生成磷原子，磷原子又作为光伏电池的N型掺杂物，渗透到硅片表层形成PN结。同时它还广泛应用于制药、染化、塑胶助剂、表面活性剂等行业。三氯氢硅是制备多晶硅料的主要原料，目前国内市场上供不应求，缺口较大，而生产三氯氢硅的主要原料是硅粉、氯气和氢气，因此很适合在氯碱企业作为下游产品进行开发。光伏电池封装用的黏结材料一般是EVA胶黏剂。它是一种热熔黏结胶膜，常温下并无黏性。只有经过热压时才发生熔融黏结和胶结固化。与光伏发电配套的逆变器、蓄电池、控制器、跟踪器、聚光系统和LED灯等产品近年也迅速发展。

视野拓展

一、在整个产业链中，硅料尤其是高纯度的硅料毛利率最高

由于近年来光伏产业的快速发展，硅料出现供不应求的状况，硅料的价格更是节节攀升。2008年年初，从以工业硅为原料提纯后所得的多晶硅价格已经上涨至约300美元/千克，部分高纯度多晶硅甚至达到500美元/千克。其次是硅片生产的利润率较高，而组件生产和工程安装利润率最低，约为10%。工业硅料的生产主要在发展中国家进行，是产业链中高能耗、高污染的一环。工业硅料经提纯后得到高纯度的硅料（纯度在99.9999%以上），其价格高昂。高纯度硅料的供应商主要来自美国、德国和日本。随着光伏产业的发展，这些公司有扩大高纯度硅料产能的趋势，如美国HSC公司（Hemlock Semiconductor Corporation）的多晶硅产能将从目前的1万t增加到2008年的1.45万t，预计2010年可扩产至1.9万t；另一家公司MEMC公司（MEMC Electronic Materials Inc.）的产能也将由4900t提高至2009年的8000t。

二、各国主要太阳能发电产业相关厂商情况

日本、欧洲、美国是太阳能发电产业发展领先的国家，涌现出一批优秀的公司。

Sharp夏普（日本）是全球最大的太阳能公司。2006年，该公司实现营业收入237亿美元（太阳能业务收入约占7%），净利润7.52亿美元。

Kyocera京磁（日本）是全球第2大太阳能公司。2006年，该公司实现营业收入100亿美元（太阳能业务收入约占8%），净利润5.9亿美元。

Conergy AG（德国）是世界最大的太阳能系统批发商，德国太阳能系统安装的领导者。2006年，该公司实现营业收入 7.52 亿欧元，净利润 0.3 亿欧元，分别同比增长 42%和12%。

SolarWorld（德国）是德国领先的太阳能公司之一。2006年，该公司实现营业收入6.79亿美元，净利润1.72亿美元。

MEMC（美国）是全球最大的硅料制造商之一，2006年，该公司实现营业收入15.4亿美元，净利润3.7亿美元。

Motech茂迪（中国台湾）是台湾地区领先的电池和组件企业，2006年，该公司实现营业收入1.36亿美元，净利润0.35亿美元。

Evergreen Solar（美国）是世界领先的硅切片生产商，拥有先进的工艺技术。2006 年，该公司实现营业收入1.03亿美元，同比增长134%，亏损0.27亿美元。

近二三年，我国太阳能发电产业发展迅猛，也涌现出了一批优秀的企业。其中，无锡尚德、中电光伏、常州天合、林洋新能源、赛维LDK等企业还先后在海外市场挂牌上市。

无锡尚德主要从事晶体硅太阳能电池、组件以及光伏发电系统的研究、制造和销售。2005年12月14日，该公司在美国纽约证券交易所上市，成为中国内地首家在纽交所上市的非国有高科技企业。2006年，尚德公司太阳能电池产能位列全球第4 位。当年，公司实现营业收入5.98亿美元，净利润1.06亿美元。

中电光伏是中电电气与澳大利亚博士团队于2004年6月合作创立的一家集太阳能电池的研发、制造于一体的高新技术企业，2007 年5 月在美国纳斯达克上市。目前，该公司拥有6条太阳能电池生产线，年生产能力为192MW，位居全国第二。2006 年实现营业收入1.50亿美元。

常州天合位于江苏常州电子产业园，在美国纽约证券交易所上市。该公司业务涉及单晶、硅片、组件和系统安装，实现了光伏产业链的垂直一体化整合。2006 年实现营业收入1.43亿美元，净利润0.12亿美元。

江苏林洋新能源有限公司成立于2004年8月，是一家集太阳能电池片、电池组件的研发、生产、销售于一体的企业，2006 年年末在美国上市。2006 年，该公司实现营业收入0.82亿美元，净利润0.13亿美元。

赛维LDK太阳能高科技公司是目前亚洲规模最大的太阳能多晶硅片生产企业（2006年10月产能达到200MW），拥有国际最先进的生产技术和设备。该公司拥有稳定原材料供应，专注于生产最经济的太阳能多晶硅片，正致力于发展成为一个“世界级光伏企业”。

练习与思考

1. 光伏产业链主要由哪几个环节构成？

2. 常用的晶体硅太阳能电池封装的主要步骤有哪些？

3. 光伏发电主要应用在哪几方面？