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硅棒的后处理——面向快速增长市场的新技术
近年来，多晶硅已经发生了实质性的改变。多晶硅于 15 年前问世，那时，它还是一种特殊产品，只有少数公司才有加工这种产品所需的复杂工艺。如今，世界上已有数十家供应商可大量供应多晶硅。 然而，令人惊讶的是，相关机器和工具的分销市场却仍处于起步阶段。尽管像沉积炉（CVD 反应器）这类关键设备在品质和数量方面都有很大的进步，但各种辅助工艺却被忽略，辅助工艺市场依然有待开发。 在钟罩被提起之前，多晶硅是有史以来最纯净的大型工业产品。但是，钟罩之外的污染风险却一直存在。采矿公司或回收公司在粉碎、分类和包装过程中采用了大量不规范的人工处理流程和简单、粗糙的方法。 拥有丰富经验的 Silicon Products Engineering GmbH (SPE) 工程师和科学家团队注意到了这种情况，于是，他们开始设计规范的后处理系统，力争为所有客户提供高度灵活性。 后处理通常包括从产品出炉（钟罩被提起）到产品粉碎，再到装袋和装箱待发的所有搬运和处理步骤。 如今，多晶硅工厂要想达到标准产量，就需要使用自动化流程来进行批量生产，这对下游流程中的产品质量和整体性能也会产生积极影响。业内的质量意识不断增强，结晶过程（基本上是单晶硅）也愈加复杂，而这项投资对这两方面也有好处。 投资目标非常明确： • 通过更换高度自动化的设备来减少耗费成本的人工操作 • 通过减少人为错误降低污染风险，确保所有流程具有较高的可重复性和可重现性 • 通过降低犯错的可能性来减少生产损失 • 确保袋装产品的外观均匀，以此作为企业的名片。 但是，要想实现这些目标，企业需要具备丰富的经验和高超的工程技术。 后处理的核心过程是粉碎、分类和装袋。 如今，多晶硅工厂要想达到标准产量，就急需使用自动化流程，这对下游流程中的产品质量和整体性能也会产生积极影响。 要想将通过 CVD 工艺生产的硅棒凿碎，气动锤是首选工具。气动锤完全处于密封状态，可覆盖所有金属零件，而且使用由碳化钨 (WC) 制成的特殊形状凿具来防止气动电机中的润滑剂泄漏。 粉碎过程的下一步需要用到采矿和回收行业内众所周知的经典技术：颚式破碎机或辊式破碎机。其它方法（例如：高压脉冲破碎法）正处于开发阶段或测试阶段，但目前尚未实现技术突破。粉碎的主要目的是减少细颗粒（<3 毫米）的数量。颚式破碎机能够将几乎任何尺寸的进料粉碎成小碎片，粉碎过程会产生许多颗粒物：颚式破碎机产生的颗粒物数量可比辊式破碎机多两倍，具体数量取决于工艺参数。辊式破碎机产生的颗粒物和污染较少，但是对进料尺寸的要求较高。
专家访谈 一切皆在于真空
Pfeiffer Vacuum 应用与项目经理 Jonas Dobner 到访 PES China。我们当然非常想了解他们的最新真空技术和解决方案。这些技术和解决方案正逐渐在可再生能源领域发挥影响力，可用于泄漏检测和生产企业内使用的各种类型的锂离子电池。这家公司在业内拥有悠久的历史，随时准备应对未来的挑战。 PES：欢迎您再次来到 PES China！很高兴能采访您。您可以先简要介绍一下 Pfeiffer Vacuum 吗？ Jonas Dobner：Pfeiffer Vacuum 业务范围涵盖开发、生产和分销用于真空产生、测量、分析和检漏的组件和解决方案。Pfeiffer Vacuum 是一家全球性公司，在全球拥有 3,200 名员工。Pfeiffer Vacuum 可提供用于锂离子电池生产的可靠真空和检漏解决方案。 PES：我们知道，随着气候变化和环保意识的提高，人们对储能领域内利用改进技术设计的可再生能源解决方案的需求会越来越多。这一切都需要依靠真空技术。您能否解释一下对于锂离子电池来说这意味着什么？ JD：真空应用在锂离子电池的生产过程中必不可少。工厂需要在真空环境下混合浆料，然后再把浆料涂到电池的电极上。卷材干燥和电解液灌注也需要在真空环境中进行。 此外，在质量控制中，检漏是一个必不可少的步骤。检漏的目的是保护电池组件、冷却系统、电池模块和电池组免受潮气侵袭。而且，检漏还能避免有害物质产生或逸出。 PES：我们知道，锂离子电池的用途越来越多。所有锂离子电池的 生产方法都相同吗？ JD：并非如此，不同类型的锂离子电池的生产步骤略有不同。目前，市场上有三种常见的电池： 软包电池（因外形特点也被称为咖啡袋）、方形电池（电池被装入一个稳定的矩形外壳中）和圆柱形电池（也就是超市里常见的电池）。圆柱形电池包括消费型圆柱形电池以及在电动汽车或并网应用中使用的较大圆柱形电池。
专家访谈 一切皆在于真空
Pfeiffer Vacuum 应用与项目经理 Jonas Dobner 到访 PES China。我们当然非常想了解他们的最新真空技术和解决方案。这些技术和解决方案正逐渐在可再生能源领域发挥影响力，可用于泄漏检测和生产企业内使用的各种类型的锂离子电池。这家公司在业内拥有悠久的历史，随时准备应对未来的挑战。 PES：欢迎您再次来到 PES China！很高兴能采访您。您可以先简要介绍一下 Pfeiffer Vacuum 吗？ Jonas Dobner：Pfeiffer Vacuum 业务范围涵盖开发、生产和分销用于真空产生、测量、分析和检漏的组件和解决方案。Pfeiffer Vacuum 是一家全球性公司，在全球拥有 3,200 名员工。Pfeiffer Vacuum 可提供用于锂离子电池生产的可靠真空和检漏解决方案。 PES：我们知道，随着气候变化和环保意识的提高，人们对储能领域内利用改进技术设计的可再生能源解决方案的需求会越来越多。这一切都需要依靠真空技术。您能否解释一下对于锂离子电池来说这意味着什么？ JD：真空应用在锂离子电池的生产过程中必不可少。工厂需要在真空环境下混合浆料，然后再把浆料涂到电池的电极上。卷材干燥和电解液灌注也需要在真空环境中进行。 此外，在质量控制中，检漏是一个必不可少的步骤。检漏的目的是保护电池组件、冷却系统、电池模块和电池组免受潮气侵袭。而且，检漏还能避免有害物质产生或逸出。 PES：我们知道，锂离子电池的用途越来越多。所有锂离子电池的 生产方法都相同吗？ JD：并非如此，不同类型的锂离子电池的生产步骤略有不同。目前，市场上有三种常见的电池： 软包电池（因外形特点也被称为咖啡袋）、方形电池（电池被装入一个稳定的矩形外壳中）和圆柱形电池（也就是超市里常见的电池）。圆柱形电池包括消费型圆柱形电池以及在电动汽车或并网应用中使用的较大圆柱形电池。
M12 太阳能电池正在迅速进入市场
去年，人们依然相信太阳能行业内的下一个太阳能电池尺寸标准是 M6。当时，尽管更大尺寸的 M12 太阳能电池即将面世，但人们并不认为批量生产很快就能实现。仅一年后，M12 太阳能电池已经上市，一些组件生产商已经宣布他们将在 2020 年第三季度大规模生产由 M12 电池制成的组件。本文将研究此类组件的可能布局及其对组件生产商和生产设备供应商的影响，研究重点为组件后端生产设备。 新一代组件生产设备将采用何种布局？ 对于太阳能组件生产商和太阳能制造供应链而言，这是一个重要问题。目前有一点非常明确：制造设备需要改变才能适应最新的组件布局。 在本文中，我们将研究电池/组件尺寸的变化以及二者对组件后端生产的影响。在最好的情况下，它仅会使现有设备升级，但是，最新出现的大尺寸电池却意味着旧设备将被淘汰。 长期以来，太阳能电池的尺寸为标准尺寸，其边长为 156mm × 156mm (M0)。电池尺寸在标准尺寸确定后近 10 年之后才发生了第一次变化。如今，电池尺寸已达到 M12，其边长为 210mm × 210mm，参见图 1。电池尺寸的每一次变化都会使陷光面积增加，从最初不足一毫米的细微变化发展到如今的大幅度增加。与 M0 相比，M12 的陷光面积增加幅度高达 81.2%。 长期以来，业界一直认为 M6 将成为新的标准尺寸，同时也会出现一系列不同的尺寸。M6 电池的边长为 166mm × 166mm。与 M0 电池相比，其陷光面积大约增加了 13.2%。尺寸增加直接导致每个组件的总功率增加。考虑到业界的主要目标是增加每个组件的功率，似乎进一步扩大硅晶片尺寸是顺理成章之事。 提高电池和组件性能的另一种方法是使用全新电池材料组合（PERC、HJT 或 TopCon）或全新制造技术：使用多条母线或智能线路，采用双面式、瓦片式或铺装式。参见图 2，了解双面 LED 太阳模拟器示例。 但是，通过增加电池面积来提高功率输出应该是极具成本效益的，尽管生产硬件也需要随着电池面积的增加而发生显著变化。 包含 72 块完整电池的标准 M0 组件的尺寸约为 1000mm × 2000mm，参见图 3。绿线表示母线的方向以及流过组件的电流。M6 或… Read more »
M12 太阳能电池正在迅速进入市场
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薄膜太阳能组件转换效率世界纪录达17.6％
Manz集团的研究合作伙伴神华光伏科技研发有限公司刷新CIGS 总部位于北京和施韦比施哈尔的合资企业NICE Solar Energy (神华光伏科技研发有限公司)自2017年成立以来，一直专注于CIGS技术的研发 Manz 集团的生产设备成就世界纪录 创新世界纪录的组件已通过德国莱茵TÜV认证 NICE Solar Energy (神华光伏科技研发有限公司)为Manz集团与中国能源投资有限公司、上海电气集团于2017年4月所共同组建的中德创新与合作公司。在北京拥有约80名专家，在德国施韦比施哈尔施韦比施哈尔拥有160名员工，具备全球最坚实的CIGS薄膜太阳能技术研发能力。日前由其在德国施韦比施哈尔的研发中心以Manz集团的设备所生产的CIGS薄膜太阳能组件达17.6％（组件面积120 x 60厘米），刷新世界纪录，并已获得德国莱茵TÜV的认证。 此次的成就主要是基于2011年Manz集团在斯图加特太阳能与氢能研究中心Baden-Württemberg（ZSW）支持下所制定的长期的技术路线图。从那时起，隶属于Manz施韦比施哈尔的CIGSlab创新线所生产的CIGS组件在效率上即不断提高，ZSW实验室的效率也得以付诸验证于生产在线。随着NICE Solar Energy于2017年4月成立，从而聚集、增进更多的能量，NICE Solar Energy得以以最快的速度进一步加快CIGS技术的研发。 Manz 集团首席执行官Martin Drasch表示： ‘我们研发合作伙伴NICE Solar Energy达成世界纪录是由多种因素共同促成的：以Manz集团在施韦比施哈尔CIGS生产在线累积数十年的工艺调适开发经验以及不断开发提升效能的生产设备做为基石。最后也是最重要的，NICE Solar Energy施韦比施哈尔和北京的同事们展现了出色的开发能力，因此我们中德团队在行业中进行了前所未有的跨地域合作。’ CIGS组件实验室最高效率为23.35％，这意味着即使现在CIGS组件量产效率实现了17.6％的世界纪录，在未来仍然拥有巨大的潜力可以进一步提高效率。除了提高组件效率外，再加上更高效的生产工艺，未来将能生产出更具成本效益的CIGS薄膜太阳能电池组件。 CIGS技术的特殊优势为能源回收期短，适合在炎热气候中的有利温度系数以及广泛应用于建筑一体化。目前，中国最大的CIGS薄膜太阳能组件生产基地—— CIGSfab正在中国中部城市重庆建设中，该基地配备了Manz生产设备，年生产能力为306兆瓦。 关于Manz集团－热情成就高效能 Manz集团成立于1987年， 是全球高科技设备制造者，业务范围涵盖太阳能、电子、能源储存、代工及客户服务。
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切割：光伏行业内的创新性激光切割技术
撰稿人：Photonics Systems 集团亚洲区销售副总裁 Eckhard Schäfer 与风能一样，光伏已成为能源转化领域的主要支柱之一。同时也是我们当前所面临的最大社会挑战之一。20 年前，晶体硅太阳电池与薄膜组件的生产仍处于初始阶段。自小批次生产逐步转化为量产以来，一切都焕然一新。 自 20 世纪 70 年代起，激光行业便已开始以极快的速度发展。尽管爱因斯坦在 1917 年提出的受激发射辐射理论为现代激光技术奠定了基础，但却是美国物理学家西奥多·哈罗德·梅曼于 1960 年首次发明了激光，这也被称为是 20 世纪最伟大的发明之一。在同一时期，激光辅助金属切割工艺应运而生，也被投入工业应用中。也是在这时，人类首次实现了自动切割。激光技术终于在 20 世纪 70 年代成为了行业标准。如今，激光切割技术的灵活性与可控性均高于其他机械工艺，其质量更是无出其右。 多年来采用的 PV 激光处理技术 光伏 (PV) 行业相对而言是新兴行业，而激光处理技术早已经历了多番起起落落。回顾往昔，激光工艺历来在晶体硅太阳电池的生产流程中有着多种作用。多年来，不断有新应用用途出现，但往往很快便消弭无声。其中便包括针对金属/发射极穿孔卷绕 (MWT/EWT) 太阳能电池的激光钻孔以及激光刻蚀 (LEI)。
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撰稿人：Photonics Systems 集团亚洲区销售副总裁 Eckhard Schäfer 与风能一样，光伏已成为能源转化领域的主要支柱之一。同时也是我们当前所面临的最大社会挑战之一。20 年前，晶体硅太阳电池与薄膜组件的生产仍处于初始阶段。自小批次生产逐步转化为量产以来，一切都焕然一新。 自 20 世纪 70 年代起，激光行业便已开始以极快的速度发展。尽管爱因斯坦在 1917 年提出的受激发射辐射理论为现代激光技术奠定了基础，但却是美国物理学家西奥多·哈罗德·梅曼于 1960 年首次发明了激光，这也被称为是 20 世纪最伟大的发明之一。在同一时期，激光辅助金属切割工艺应运而生，也被投入工业应用中。也是在这时，人类首次实现了自动切割。激光技术终于在 20 世纪 70 年代成为了行业标准。如今，激光切割技术的灵活性与可控性均高于其他机械工艺，其质量更是无出其右。 多年来采用的 PV 激光处理技术 光伏 (PV) 行业相对而言是新兴行业，而激光处理技术早已经历了多番起起落落。回顾往昔，激光工艺历来在晶体硅太阳电池的生产流程中有着多种作用。多年来，不断有新应用用途出现，但往往很快便消弭无声。其中便包括针对金属/发射极穿孔卷绕 (MWT/EWT) 太阳能电池的激光钻孔以及激光刻蚀 (LEI)。
气体净化技术的巅峰
Gas Recovery and Recycle Limited 首席执行官、英国皇家化学学会会士 Rob Grant 博士到访 PES，为我们介绍了氩气回收技术的最新进展。长期以来，Rob Grant 博士和他的同事们一直致力于改进氩气回收技术。他对未来持乐观态度，认为各国必定能解决与此次新冠肺炎疫情有关的问题，很快恢复生产、生活秩序。当前，一种新产品正处于开发过程的收尾阶段。该产品可用于回收超高纯度的氩气，回收的氩气中的杂质含量低于 0.01ppm，而且不含氮气！ PES：Rob，你好！很高兴有机会与你对话。多年来，我们一直在密切关注 GR2L，我们发现你们会定期参与 PES Solar/PV。首先，能否请您简要介绍一下您所在的公司？ Rob Grant 博士：GR2L 成立于 2008 年，多年来一直与英国剑桥大学合作开发商用化学链燃烧纯化技术。该技术可解决现有常规气体净化技术无法解决的 10-10,000ppm 杂质量差距（例如，微电子工业处于下限水平，而普通化学加工行业则处于上限水平)。 我们专注于惰性吹扫气体的回收、纯化和再利用。高价值制造业（例如：太阳能光伏、微电子和航空航天领域和医疗市场内的 3D 金属增材制造）通常需要使用这类气体。 如今，GR2L 聚焦于光伏行业内的氩气回收，因为将硅结晶成硅锭的过程中需要使用大量氩气，这是制造硅基太阳能电池的第一步。 2010 年，我们开始与总部位于英国盖特威克附近的英国气体技术集团合作生产 GR2L 的旗舰产品 ArgonØ ¬™并将这种产品推向市场。在半导体和医疗市场，英国气体技术集团在高纯度气体装置方面一直处于领先地位，并且正在与 GR2L 合作。 PES：多年来，你们一直在全球多个行业内开展业务。目前，太阳能/光伏行业的重要性如何？在过去半年里，新冠肺炎疫情在世界各地蔓延，你们的业务在此期间发生了哪些变化？ RG：迄今为止，对我们来说，太阳能市场依然是最大的市场，亚洲业务在全球业务中占据主导地位，而 GR2L 的亚洲业务一直在持续增长。如今，太阳能硅锭生产设施都需要使用高纯度氩气吹扫改成 長晶爐，以确保硅晶圆在纯度和性能方面达到要求。 但是，此次新冠肺炎疫情致使我们的太阳能客户将产能和氩气回收方面的投资推迟了 6-12 个月，而且，液化空气供大于求（氩气是液化空气生产过程中的一种副产品）也导致氩气价格持续走低。 在西方，这种影响并不明显，因为天然气公司关闭了许多空气分离装置，导致高纯度氩气的价格上涨，对氩气循环利用的需求也在增加。除太阳能行业以外，有关热处理市场的询价数量显著增加。 PES：ArgonØ ¬™ 已经上市销售了一段时间，那么，这款产品的工作原理是什么？它是否经过任何改进？如何保持自身特色？ RG：作为ArgonØ ¬™核心部件的化学链燃烧净化器是 GR2L 的特色专利产品。而且，它可以达到的气体纯度高于 0.5ppm。因此，GR2L… Read more »
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