Более тонкие кремниевые пластины против срока службы модуля 25-30 лет: могут ли они сосуществовать?
Содержание
Введение
Солнечные пластины сидят на диете в 2026 году. Два года назад стандартная толщина составляла 150-160 мкм. Теперь 120-130 мкм стали стандартом массового производства для N-типа пластин, а некоторые ведущие производители внедрили 110 мкм на свои производственные линии.
Так почему же вся отрасль стремится делать пластины тоньше? Когда пластины продолжают утончаться, не станут ли ячейки настолько хрупкими, что будут трескаться от прикосновения? И смогут ли модули на последующих этапах по-прежнему обеспечивать расчетный срок службы 25 или даже 30 лет? Это реальные вопросы, которые волнуют и отрасль, и инвесторов.
Почему вся отрасль стремится к более тонким пластинам
Самый прямой драйвер утончения пластин — снижение затрат и экономия ценного поликремния.
Каждые 10 мкм, срезанные с толщины пластины, снижают расход кремния на ватт примерно на 7%. После вычета дополнительных некремниевых затрат на этапах резки и производства ячеек, общая стоимость пластины снижается примерно на 0,03-0,04 юаня. Переход с 160 мкм на 130 мкм экономит почти один цзяо на пластину. При глобальной ежегодной установке 600 ГВт это составляет десятки миллиардов юаней экономии для отрасли каждый год.
Сейчас поликремний составляет 9%-14% от общей стоимости модуля. Его вес значительно ниже, чем во время бума поликремния, но утончение остается наиболее эффективным способом прямого сокращения расхода кремния.
Помимо экономии денег, тонкие пластины дают электрический бонус. Чем тоньше пластина, тем короче путь транспортировки фотогенерированных носителей, поэтому потери на объемной рекомбинации снижаются, и эффективность ячеек немного повышается. Это особенно хорошо сочетается с TOPCon и HJT.
Но разные технологические маршруты ячеек по-разному переносят утончение. HJT — это низкотемпературный процесс без высокотемпературного этапа легирования, поэтому он естественно подходит для тонких пластин и может опускаться до 100-110 мкм. TOPCon должен проходить высокотемпературный этап осаждения поликремния, и слишком тонкие пластины легко деформируются, что снижает выход годных. Поэтому массовое производство TOPCon в основном остается консервативным в диапазоне 125-135 мкм.
Как контролировать качество после утоньшения и как модули выполняют свои гарантийные обязательства
Монокристаллический кремний по своей природе является хрупким полупроводниковым материалом. С уменьшением толщины способность пластины сопротивляться изгибу и напряжению заметно снижается. Ячейки из тонких пластин не разобьются от прикосновения, но вероятность микротрещин заметно возрастает. Риск распространяется на всю цепочку: резка, производство ячеек, упаковка модулей, логистика, монтаж на объекте и долгосрочная эксплуатация электростанции.
Во время резки пластин и производства ячеек тонкие пластины легче подвержены механическому сжатию и термическому удару. Текстурирование, диффузия, печать и пайка могут оставлять микротрещины, невидимые невооруженным глазом. Особенно на линиях TOPCon искривление пластин напрямую вызывает поломки при транспортировке и ошибки выравнивания, снижая общий выход линии.
На этапе упаковки модулей колебания давления и температуры при ламинации дополнительно усиливают внутреннее напряжение пластин и вызывают появление исходных микротрещин. И не все дефекты проявляются на заводских воротах. Позже толчки при транспортировке, удары при строительстве на объекте, а затем ежедневные циклы перепадов температур при эксплуатации электростанции продолжают создавать напряжение через тепловое расширение и сжатие. Мелкие микротрещины медленно распространяются. Через два-три года эксплуатации некоторые микротрещины превращаются в видимые скрытые трещины, нарушая внутренний путь тока ячейки, вызывая аномальное снижение мощности и в крайних случаях создавая риск горячих точек.
Сами по себе тонкие пластины не сокращают срок службы модуля. Что действительно угрожает 25-30-летнему жизненному циклу, так это дефект микротрещин, который не был обнаружен при проверке. Если весь процесс сможет поддерживать скрытые трещины на очень низком уровне, модули с тонкими пластинами все еще могут достигать целей долгого срока службы. Но если итерация процессов по всей цепочке поставок не поспевает за стремлением к утоньшению, дефекты, заложенные на этапе производства, проявятся и приведут к отказам в средние и поздние годы эксплуатации электростанции. Утоньшение по сути является более высокой планкой для всей производственной цепочки пластина-ячейка-модуль.
Резка пластин: тонкая вольфрамовая проволока уменьшает исходные повреждения
Промышленность уже широко внедрила высокопрочную вольфрамовую алмазную проволоку, заменив традиционную углеродистую стальную алмазную проволоку. Стандартные линии для тонких пластин используют диаметр проволоки 24 мкм и менее. Для сверхтонких пластин 110-120 мкм используется еще более тонкая ультратонкая вольфрамовая проволока 20-22 мкм. Чем тоньше проволока, тем уже пропил, тем тоньше поврежденный слой на поверхности пластины и тем меньше поверхностных микротрещин. Это сокращает исходные микротрещины, которые пластина несет с завода, прямо в источнике.
Производство ячеек: совершенствуйте процесс, снижайте ударные трещины
Контроль сосредоточен на нескольких ключевых этапах. Влажные процессы замедляют поток воды и качание корзины, чтобы уменьшить удары и трение. При транспортировке используются гибкие механизмы для снижения вакуумного всасывания и ударных воздействий. На высокотемпературных этапах замедляются скорости нагрева и охлаждения для подавления коробления и термических напряжений. При печати снижается давление ракеля. Спекание оптимизирует кривую температурных зон, чтобы избежать термического шока. Каждый этап сопровождается PL-инспекцией для раннего выявления микротрещин и бракованных пластин с короблением, что снижает риск поломок и скрытых трещин.
Производство модулей: пайка — ключевой момент, ламинация требует настройки
При стринговании ячеек используйте ступенчатый градиентный нагрев и строго контролируйте термический удар. Используйте тонкую мягкую ленту для распределения напряжения в точках пайки и снижения точечного давления на тонкие пластины. Настройте усилие прижимных штифтов оборудования, чтобы избежать повреждения ячеек при сильном нажатии. Выбирайте мягкую ленту с низкой твердостью, чтобы уменьшить натяжение между лентой и деформацией пластины при термических циклах. После пайки добавьте EL-инспекцию для раннего выявления микротрещин, вызванных пайкой, чтобы они не переходили в ламинацию.
При ламинации можно попробовать замедлить скорость вакуумной откачки и скорость нарастания давления, чтобы смягчить ударное воздействие, одновременно оптимизируя кривую температурных зон, чтобы избежать внутренних термических напряжений из-за быстрого нагрева и охлаждения.
Резюме
Утоньшение пластин — устоявшаяся отраслевая тенденция, и нет смысла её категорически отвергать. Пока вся цепочка использует утоньшение для снижения затрат и повышения производительности, этапы производства пластин, ячеек и модулей должны совместно модернизировать оборудование и процессы, строго контролировать механические и термические напряжения, защищать от скрытых трещин и поломок, а также усиливать контроль на всех этапах. Именно так можно удерживать планку долгосрочного качества и надёжности модулей, одновременно снижая затраты.
Мнение Ooitech
Утоньшение — это по сути проблема управления напряжениями, которая наиболее остро проявляется на линии модулей, и именно там выбор оборудования определяет, проявятся ли скрытые микротрещины. С нашей стороны, стрингеры с сегментированной градиентной пайкой и обработкой мягкой лентой, а также EL-инспекция перед ламинацией — это именно те барьеры, которые не позволяют ячейкам толщиной 110–130 мкм превратиться в полевые отказы через пять лет. Физика тонких пластин задана, но выход годных определяется тем, насколько бережно ваша линия с ними обращается. Если хотите увидеть, как реальная линия MBB-модулей выполняет эти этапы, канал Ooitech на YouTube по адресу www.youtube.com/ooitech стоит посмотреть.
