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行业洞察|182x158 或182x180才是最佳尺寸？，取代166,( 二 )


我们试图从物流仓储的集装箱出发 ， 定义一个最佳的“标准组件”尺寸 。 考虑集装箱为40尺高柜（长12020mm*宽2350mm*高2690mm） ， 以分2层 ， 共20箱的装箱设计 ， 确定高功率光伏电池组件尺寸的限制条件为：长边Y＜=2390mm ， 短边X＜=1135mm 。 去除合理的爬电距离和误差预留等 ， 考虑6串电池设计 ， 182mm左右为考虑组件宽度方向的最佳硅片边长 。 然而182边长的硅片叠加到长边方向就会超过2410mm；或者出现大约70mm*1130mm的空白无法满填充 。 因此 ， 长度方向要求硅片尺寸为180mm；折中以后尺寸为180mm 。
实际上 ， 对东方日升、天合、隆基、晶澳等在500-535W的主流产品而言 ， 由于距离物流极限尺寸较远 ， 210和180在物流上没有任何区别 。 210所拥有的是对PERC电池而言至关重要的通量优势 。 这是近三年PERC成本竞争的焦点 。
然而 ， 面向未来 ， 我们需要做更原理性的分析 ， 也就是要考察钢铁侠所说的“第一性原理” 。 有没有可能通过“标准组件”长边来定义“标准硅片”长边 ， 通过“标准组件短边来定义“标准硅片”短边 ， 从而实现对“标准组件”完美的“全填充”呢？
3、以158x182mm或180*182矩片取代166和180
为实现硅片材料成本最优化 ， 光伏硅片一方面要迈向“超大” ， 逐步从158mm、166mm、180mm ， 最终迈向210mm ， 达到和半导体产业一致、15年来稳定的12寸晶棒尺寸 。 另一方面 ， 光伏硅片也要不断的迈向“超薄” ， 从220um、200um、190um、180um、170um迈向150um甚至更低 。 其中 ， 异质结电池用硅片已经实现了130-150um的超薄厚度 。 一般而言 ， 硅片厚度每降低10um ， 硅片成本降低~3% 。 而硅片的边皮料利用率每降低1% ， 硅片成本增加~0.3%；对于光伏硅片的成本降低而言 ， 厚度降低的重要性远远大于边皮料利用率 。
光伏硅片实现“超大”带来的“面积通量红利” ， 不仅能大幅度降低硅材料的制造费用 ， 也能够全面地带来切片、电池、组件端的“面积通量红利” ， 减低硅片、电池的制造成本 ， 提升产能、材料利用率和生产效率 。 因此 ， 超大的“面积通量红利” ， 其重要性又大于硅片的厚度 。 对于PERC电池制造而言：
超大面积（20x）>超薄厚度（10x)>边皮利用率（1x）
这里 ， 我们发现边皮料的利用率原来是对光伏产品成本影响最小的一个因素 。 而正是这样一个较小的因素 ， 以及我们的思维定势 ， 导致光伏硅片为“正方形”数10年没变 。 是时候根据超大、超薄降本的要求 ， 对光伏硅片的形状作出优化变更的历史时刻了 。
理想的硅片产品设计当“超大”、“超薄”为首要考虑点 ， 兼顾硅棒切方时的边皮料利用率问题 。
那么“超大”、“超薄”如何才能同时实现呢？
一般而言 ， 当方形硅片面积变大 ， 边长也会变大 。 从硅片中心到硅片边缘的最短距离也会加长 。 硅片中心到硅片边缘的最短距离 。 决定了重力对硅片的影响 ， 也决定了硅片的弯曲程度 ， 从而间接的决定了硅片的厚薄程度 。 也就是说硅片的短边边长 。 决定了硅片可以达到的超薄程度的极限 。 硅片的短边越短 ， 硅片就可以越薄 。 硅片的短片越长 ， 硅片的厚度就必须越厚 。
对正方形硅片而言 ， 硅片的短边和长边具有相同尺度 。 硅片面积越大 ， 硅片厚度越厚 。
对于矩形硅片而言 ， 如果通过长边做支撑 ， 硅片厚度就只取决于硅片的短边 ， 而和长边无关 。 另一方面 ， 硅片的面积和硅片的长边成正比 ， 长边越长 ， 硅片面积就越大 。 因此 ， 我们可以通过矩形硅片+长边支撑的设计 ， 成功地将方形硅片中硅片面积（超大）和硅片厚度（超薄）的关联关系脱钩 ， 通过矩形硅片 ， 同时实现硅片的“超大”、“超薄”设计最优化 。
而在矩形硅片解决方案中 ， 边皮料相关问题也可以轻松得到解决 。 既可以通过“超薄”带来的成本下降 ， 从而抵消边皮利用率的轻微成本上升 。 也可以通过准矩形硅片的圆角比例的调整 ， 从而维持相同的边皮料利用率 。
通过上面的分析 ， 我们看到采用矩型硅片进行光伏产品的制造 ， 不仅具有可行性 ， 同时也具有成本的竞争力 。 那么下面一个问题就是 ， 什么样的矩形硅片才是一个合理的、好的矩型硅片呢？我们能不能通过一个好的矩形硅片的设计来更好地取代166呢？
答案是可能的！这个答案就是采用158x182或来取代166 ， 而不是用180x180来取代166 。 老产线升级的极限在166-171左右 ， 升级到180有困难 。 如表一所示 ， 如果升级到166 ， 所做成的组件功率基本在450W左右 ， 离开500W距离太大 ， 明显处于被淘汰的劣势；但是如果升级到158*182 ， 这可以轻松达成530W以上的组件功率 ， 走到市场竞争的最前沿 。 同时 ， 158x182带来的边皮料变化仅1% ， 可以忽略不计 。 这既不影响硅料利用率 ， 又打开了薄片的机遇窗口 ， 因而最符合硅片企业的利益 。
行业洞察|182x158 或182x180才是最佳尺寸？，取代166,
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对于老产能 ， 产线仍然以158为关键尺寸进行调整设计 ， 从而降低成本 。 第一、以182长边为支撑边 ， 则158可以达成更薄的硅片厚度 。 而矩形硅片158*182的边皮料损失 ， 和正方形170*170mm硅片比只有1% ， 这部分成本增加可以忽略不计 。 而一旦厚度可以减低10um ， 硅片成本就能降低3%以上 。 第二、设备产能增加 ， 如果158或166产线升级到180产线 ， 很可能造成15%以上的产能损失 。 如清洗工艺中的5道变为4道 。 158*180的矩形硅片可以维持158的横向尺寸 ， 在维持清洗仍然为5道 。 而在扩散和ＰＥＣＶＤ过程中 ， 取得更高的面积通量和产能优势 。 在丝网印刷过程中 ， 沿短边158印刷 ， 也能做到节拍更快的同时获得更高面积通量 ， 产能大幅度提升 。 第三、效率、良率提升 。 由于最短扩散长度由短边决定 ， 所以158x182硅片的清洗、扩散、PE等各制程的均匀度都由短边158决定 ， 有利于提升制造工艺过程中的均匀性及电池效率 。 同样地 ， 以166x182尺寸来取代166或180的原理类似 ， 这里就不赘述了 。 同时 ， 即使是180硅片 ， 也可以通过综合长边（<2.4m）和短边(<1.13m)的要求 ， 如调整为180*182 ， 或其他数值 ， 以求得更好的电池片填充效果 。


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