新能源之光伏行业跟踪报告：硅片切割生变革，金刚线需求大爆发
金刚线切割技术优势巨大，替代传统砂浆线。金刚线主要应用于晶体硅和蓝宝石等硬脆材料的切割，相较传统的砂浆钢线切割具有效率高（4-5倍切割速度）、损耗少出片率高（多出15-20%硅片）、环境污染小（无有机液）、产品质量高的优势。金刚线中电镀金刚线又以单片耗线量低、线径规格小、切割效率高的突出优点受到市场广泛青睐，优于树脂金刚石线
下面将详细介绍三种制绒方式的具体情况，以及黑硅制绒方式与PERC技术、金刚线技术叠加达到1+1+1>3的优势之处。
两种新型制绒技术：添加剂制绒技术、黑硅技术
制绒添加剂技术：性价比最高，电池效率小幅损失
金刚线切割而成的多晶硅片上使用添加剂直接制绒，无需额外的设备投入，生产改装成本最小。制绒添加剂技术是指在传统酸制绒方法的基础上，引入添加剂，制备“蠕虫状”绒面。传统工艺一般是通过添加硅酸钠和IPA(异丙醇)来抑制反应的进行，控制反应速率，从而得到比较好的绒面状态。最新工艺一般是通过在溶液中添加助剂以达到促进Si与OH-的接触速率，从而稳定溶液体系，延长溶液失效周期，稳定工艺，拓宽工艺容差范围。制绒添加剂含有特殊功能的表面活性剂，它的加入可以改善制绒液与硅片表面的润湿性，且制绒添加剂对腐蚀液中OH-离子从腐蚀液向反应界面的输运过程具有缓冲作用，使得大批量腐蚀加工单晶硅金字塔绒面时，溶液中NaOH含量具有较宽的工艺范围，有利于提高产品工艺加工质量的稳定性。
制绒添加剂技术为目前主流，制绒后反射率可以达到较高水平，电池效率略有损失，损失比例约0.05%- 0.1%，整体影响不大。无锡尚德利用添加剂制绒金刚线切割多晶的电池转化效率为18.65%，综合相对较低的投入，有着良好的性价比。目前国内制绒添加剂制绒占到了多晶制绒的70%，有极为广泛的应用。
黑硅技术：解决绒面问题，电池效率提高
黑硅技术得名主要是源于其制作的电池硅片外观呈黑色，其技术核心是通过刻蚀形成纳米级小绒面达到“陷光”效果。一方面在常规硅片表面制绒的基础上形成纳米级的小绒面，纳米锥型的小绒面长径分别为400和450nm，长径比为0.9，从而加大陷光的效果降低反射率，增加对光的吸收；另一方面，通过二次刻蚀来降低表面复合，从而将常规电池的转换效率绝对值提高。
黑硅技术又包含两种工艺，一是干法制绒的离子反应法（RIE），俗称“干法黑硅”；二是湿法制绒的金属催化化学腐蚀法（MCCE），俗称“湿法黑硅”。目前低改造成本的湿法黑硅制绒是主流。干法黑硅属于单面制备，湿法为两面制备；前者受设备参数影响较大，后者受硅片质量及工艺条件影响较大。目前由于湿法黑硅制绒技术的投资成本低，企业资金负担较轻，相比干法黑硅制绒，应用更为普遍。
总体而言，黑硅技术解决了绒面问题，同时提高电池转化效率，是增加多晶电池核心竞争力的有效方法，并且在实际量产应用中取得亮眼表现。目前，英利集团量产黑硅多晶电池平均转化效率达到19.21%，保利协鑫GCL湿法黑硅组件电池转化效率达到19.15%，组件功率达到280W，无锡尚德量产湿法黑硅电池转化效率达到19.02%，均在原有技术基础上提高了至少0.3个百分点。预计2017年底，黑硅电池量产平均效率可以突破20.5%，2018年突破21%，综合性价比的竞争优势远超单晶，促进金刚线切割在多晶硅切片市场上的放量。
三种工艺对比
三种工艺在后续电池制作阶段上流程都一样，关键区别便是制绒部分的原理和操作上的区别。
干法黑硅增加成本最多、但是提高电池效率最高，具有环保的优势但设备投入昂贵；湿法黑硅小幅增加成本、提高电池效率效果次之，面临排污问题；制绒添加剂几乎不增加成本，电池转换效率略有降低，但综合性价比较高，目前多晶硅企业大多希望迅速采用金刚线切割以降低成本，因此成本与时间消耗均最低的制绒添加剂方法为主流。
综合来看，制绒添加剂技术无电池效率提升，因此长期不具有竞争力，只是目前各厂商的过渡方法，其短期意义在于迅速推动金刚线切割在多晶的应用。而黑硅技术对电池效率提升明显，其长期意义在于提升多晶硅的产品竞争力，更具有发展前景。
PERC技术：原单晶王牌，现多晶利器
PERC技术近年已经在单晶电池实现量产，大幅提高电池效率，帮助单晶取得性价比优势。PERC（钝化发射区背面）技术通过在电池的背面添加一个电介质钝化层来提高电池的转换效率。具体来说，该技术在常规电池的背表面制备SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx钝化膜，将p-n结间的电势差最大化，这就可以使电流更加稳定，降低了电子的复合，从而提升电池效率。
在其它工艺制程不变的情况下，单晶硅PERC电池的平均转换效率超过20%。国内以南京中电电气、常州天合、晶澳公司为代表的一流光伏组件企业，已经开始PERC高效电池的量产。中电电气基于“863”项目，目前已经形成35MW的P型单晶硅PERC电池生产线，采用Al2O3/SiNx背面钝化、离子注入、纳秒或皮秒激光开孔烧结、背面局部金属化等先进工艺，创造了20.5%的P型单晶硅PERC电池最高转换效率，量产的平均转换效率也达到了20.3%。预计2018年PERC电池将占晶硅太阳电池总产能的30%以上。
PERC技术逐步在多晶硅上得到应用，提升多晶硅电池效率，与黑硅叠加大有前景。PERC在多晶电池上的作用原理与单晶电池相似，其对多晶硅电池转化效率的提升幅度小于单晶硅电池，正常情况下可提升多晶硅电池转化效率0.5%,单晶硅电池转化效率1%。因为PERC技术本身对于单晶硅电池的效率提升幅度大于多晶硅，所以此前该技术在单晶电池上应用更为广泛。但目前出现的黑硅技术与PERC技术叠加后，对多晶硅电池效率提升达到了“1+1>2”的效果，目前该技术在多晶硅的应用大幅推广开来。
金刚线黑硅+PERC：行业大趋势，多晶效率或比肩单晶
行业正加速推进多晶硅“金刚线切割+黑硅制绒+PERC”模式的应用，以提高多晶电池产品的效率且大幅度降低成本。众多企业的实践表明，PERC、黑硅制绒技术、金刚线切割多晶硅片的结合可达到“1+1+1>3” 的效果，即三种技术互补，从成本、电流、电压多处入手，联合实现多晶硅电池转化效率的更大幅度提升。而且，多晶效率的进步是在没有增加成本的基础上，金刚线切技术的大规模推广基本抵消了黑硅和PERC技术增加的成本。根据测算，多晶黑硅PERC与单晶PERC电池转换效率相差0.7%左右，但是成本却相差近1元/片，多晶性价比优势明显，反攻大潮迅速开启。
“金刚线切割+PERC+黑硅”产品实际表现可以与单晶媲美，提高多晶竞争力的同时进一步促进金刚石线在多晶领域的推广。国内各大光伏电池厂商全力布局金刚线切割黑硅PERC多晶电池技术路线：协鑫集成于2016年底完成了多晶黑硅PERC基础工艺产业化，量产电池转换效率达到19.5%，2017年底预计可达20.5%，黑硅PERC双面电池转换效率预计可达20.3%；无锡尚德量产黑硅PERC电池转换效率达19.55%，提升多晶电池效率约0.8%；保利协鑫黑硅PERC电池量产转化效率达19.42%；英利集团黑硅PERC电池量产转化效率达20.04%。电池性能足以比肩单晶。
这是多晶电池发展的巨大契机，也是金刚线潜在的巨大市场商机。目前部分多晶硅企业已经开始改造生产线，预计2018年多晶硅厂商将基本完成金刚线替代工作。
作者：弓永峰 罗小虎 来源：中信证券电新 责任编辑：wutongyufg
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