Для чего используют кремниевые пластины

Кремниевые пластины как основа для фотоэлементов

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластиныКремниевые пластины (англ. Oblate) — это тонкие пластинки, напиленные из кремниевых блоков — слитков, и которые затем в процессе обработки превратились в кристаллические фотоэлементы.

Кремниевые пластины, используемые в солнечной энергетике, имеют толщину примерно от 0,18 до 0,25 мм (от 180 до 250 мкм, µm) и размер от 15 до 20 сантиметров.

Они получают форму квадрата, когда их вырезают из кубовидных поликристаллических слитков; или псевдо-квадрата, когда из выпиливают из монокристаллических колонн особо высокого качества.

Кремниевые пластины также используются и в микроэлектронике — они служат в качестве основы для производства компьютерных чипов (смотри рисунок выше).

Выпиливание пластин из слитков кремния является лишь первым шагом в производственном процессе от исходного кремния до солнечной батареи — но это очень важный шаг. Кремниевые пластины являются физической основой фотоэлементов — поэтому качество пластин оказывает решающее значение на качество фотоэлементов. Для этого при производстве кремниевых пластин очень тщательно следят за тем, чтобы даже в слитке кремний был высокого качества. Поликристаллические слитки отливаются методом блочного литья прямоугольными блоками. Производитель контролирует процесс плавления и охлаждения для того, чтобы избежать возникновения термических напряжений в материале.

А монокристаллические колонны медленно вытягиваются из расплава с помощью затравочного кристалла (метод Чохральского). Именно таким способом создается монокристаллический кремний самого высокого качества.

Что лучше – пилить или вытягивать?

Большая часть кремниевых пластин производится сегодня с помощью проволочной распилки. Сначала производители зажимают разделенные на части поликристаллические слитки — или целые колонны монокристаллического кремния — в фрезерно-отрезной станок. Там при помощи проволоки толщиной примерно 100-140 микрон нарезаются тонкие пластины толщиной от 180 до 250 микрон. Сила резки проволоки усилена сверхтвердыми частицами карбида кремния или алмаза. В качестве смазки используется масло или гликоль.

Но несмотря на это, от трети до половины кремния теряется в процессе резки в виде опилок. Сегодня современные методы переработки позволяют повторно переработать большую часть этого материала.

Альтернативный метод: Сравнительно высокие потери при резке и, в частности, относительно высокая толщина кремниевых пластин — особенно по сравнению с лишь несколькими микронами тонкослойных фотоэлементов — поощряют развитие альтернативных методов производства.

Некоторые производители пытались вытянуть кремниевую пластину прямо из расплава кремния (в том числе компании Schott и Evergreen Solar). Другие полагаются на новые технологии резки, такие как лазерная резка или резка на полоски («интеллектуальная резка»). Но с коммерческой точки зрения ни один из этих методов не прижился.

Кремниевые пластины в производстве фотоэлементов

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластиныПолученные в описанном выше процессе пластины являются исходным материалом для производства фотоэлементов. Как правило, кремниевые пластины уже целенаправленно обогащены посторонними атомами, т.е. легированы. Что придает им необходимые электрические свойства, и теперь они готовы к постепенному превращению в кристаллический фотоэлемент.

Важнейшими этапами этого процесса являются:

=>травление — при травлении устраняются примеси и поверхностные повреждения кристаллической структуры пластины

=>текстурирование гидроксидом калия — при этом создается шероховатость поверхности пластины для лучшего поглощения света

=>диффузия фосфора в кремний — для формирования области пространственного заряда (p-n перехода) пластина получает дополнительное n-легирование

=>осаждение из паровой фазы — антиотражающий слой из нитрида кремния осаждается из паровой фазы для оптимизации использования солнечного света

=>трафаретна печать — печать электрических контактов на передней и задней сторонах, с которых снимается произведенная солнечная электроэнергия

После этого шага фотоэлемент готов для установки в солнечную батарею. И уже в ней бывшая кремниевая пластина вместе с 30-100 себе подобными занимается непосредственным превращением солнечного света в электроэнергию.

Источник

Пластины кремния монокристаллического КЭФ

Что такое пластины кремния монокристаллического КЭФ и чем они отличаются, например, от ЭКЭФ? Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Пластины кремния общего назначения выпускается 15 групп: КЭФ, КДБ, КЭС, КЭФ3.Имеют величину удельного сопротивления от 0,005 до 2000 Ом *см. Могут иметь разброс удельного сопротивления от нормы от 7 до 40 процентов.

В маркировке пластины кремния монокристаллического КЭФ нужно выделять:

К – означает материал, из которого она произведена в данном случае это кремний;

Э – тип проводимости, означает электронный тип;

Ф – обозначает материал, которым производили легирование, в данном случае легирование фосфором.

Цифровое обозначение после букв обозначаем удельное сопротивление. КЭФ4 обозначает пластины кремния монокристаллического электронного типа проводимости с добавлением фосфором и удельным сопротивлением 4 Ом*см.

Впереди стоящая в маркировке буква Э (ЭКЭФ) обозначает что на пластину нанесен эпитаксиальный слой кремния. Эпитаксиальные кремневые пластины используются в высокоточных производительных микросхемах и радиационно-стойкой электронике. Главным достоинством этих пластин является p-n переход между приборным слоем и основанием. Это позволяет значительно снизить электрическую мощность и уменьшаются токи утечки.

Маркировка – пластины кремния КЭФ 100 – показывает, что это кремневая пластина электронного типа, легирована фосфором и вырезана в плоскости 100. Маркировка – пластины кремния 111 – говорит о том, пластина вырезана/ориентирована в плоскости 111.

Возможное применение, отличие и условие применение материала.

Пластины кремния для микроэлектроники — это часто монокристаллические пластины кремния марки КЭФ или ЭКЭФ. Основная масса микросхем изготавливается из пластин марок КЭФ, часто используются пластины кремния КДБ12. От чистоты и точности пластин, зависит дальнейшее качество микросхемы.

Маркировка КДБ12 пластины кремния монокристаллического означает:

К – материал – кремний;

Д – тип проводимости дырчатый;

Б – легирование производилось бором.

Методы изготовление и обработки.

Самый распространённый метод изготовление монокристаллических пластин — это распил слитка, изготовленного по методу Чохральского. Этот метод позволяет создавать монокристаллы широкого ряда химических соединений. Наличие в подложках изъянов и разных примесей ухудшает рабочие и гарантийные характеристики поэтому для микроэлектроники и разнообразных микросхем используют разные способы очистки. Наиболее распространённый способ очистки является нанесение на обратную сторону пластины геттерирущего слоя и последующий обжег при температуре эпитаксиальных наращиваний или окисление кремния. Это очищает подложку от примесей, но недостаток в том, что необходимо защищать полированные пластины кремня от поликремния. Современные производства уже переходят на больший технологичный размер изделия в 300 и 400 мм, где толщина пластины кремния варьируется незначительно – это уменьшает стоимость микросхем.

Мы продаем пластины кремния высокого качества, соответствующие всем российским и международным стандартам. Часто пластины кремния КДБ, КЭФ и других марок бездумно заменяют импортными аналогами, и это стратегически неправильно! Купить пластины кремния вы можете у нас оптом и в розницу – на пластины кремния цена формируется исходя от количества требуемого материала.

Источник

Как делают микропроцессоры. Польский химик, голландские монополисты и закон Мура

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Современные микропроцессоры поражают своей сложностью. Наверное, это высочайшие технологические достижения человеческой цивилизации на сегодняшний день, наряду с программированием ДНК и автомобилями Tesla, которые после заказа через интернет сами приезжают к вашему дому.

Удивляясь красоте какой-нибудь микросхемы, невольно думаешь: как же это сделано? Давайте посмотрим на каждый шаг в производственном процессе.

Метод Чохральского

Жизнь микросхемы начинается с песка. Песок почти полностью состоит из кварца, а это основная форма диоксида кремния, SiO2. Сам кремний — второй по распространённости элемент в земной коре.

Чтобы получить из кварца чистый кремний, песок смешают с коксом (каменный уголь) и раскаляют в доменной печи до 1800 °C. Так удаляется кислород. Метод называется карботермическое восстановление.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Доменная печь с кварцем и коксом

В результате получаются блоки кремния поликристаллической структуры, так называемый технический кремний.

Чистота полученного кремния достигает 99,9%, но его необходимо очистить, чтобы получить поликристаллический кремний. Тут применяют разные методы. Самые популярные — хлорирование, фторирование и вытравливание примесей на межкристаллитных границах. Техпроцессы очистки кремния постоянно совершенствуются.

Затем из поликристаллического кремния выращивают монокристаллический кремний — это кремний электронного качества с чистотой 99,9999% (1 атом примесей на миллион атомов кремния). Кристаллы выращивают методом Чохральского, то есть введением затравки в расплав, а затем вытягиванием кристалла вверх. Метод назван в честь польского химика Яна Чохральского.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Метод Чохральского, Иллюстрация: Д. Ильин

Поэтому монокристаллический кремний представляет собой красивые цилиндрические слитки — их ведь вытягивали из расплава под воздействием земной гравитации.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Монокристаллический кремний электронного качества, нижняя часть слитка

Из этих цилиндрических слитков нарезают кремниевые пластины диаметром 100, 150, 200 или 300 мм. Многие задаются вопросом, почему у пластин круглая форма, ведь это нерациональный расход материала при нарезке на прямоугольные микросхемы. Причина именно в том, что кристаллы выращивают методом Чохральского, вынимая вверх.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Чем больше диаметр кремниевой пластины — тем эффективнее расходуется материал. Пластины доставляют на полупроводниковую фабрику, где начинается самое интересное.

Заводы

В мире всего четыре компании, способные производить продвинутые микросхемы топового уровня: Samsung, GlobalFoundries, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) и Intel.

Кто получает такую прибыль? Тот, кто продаёт товаров на сотни миллиардов долларов. Это мировой лидер в производстве смартфонов и оперативной памяти Samsung, а также мировой лидер в производстве десктопных и серверных процессоров Intel. Ещё две компании GlobalFoundries и TSMC работают по контрактам в секторе B2B.

Столь высокая стоимость современного завода микроэлектроники объясняется высокой стоимостью оборудования, которая обусловлена чрезвычайной сложностью процесса.

Бор и фосфор

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластиныВ кристалле кремния у каждого атома по 4 электрона — и каждая из четырёх сторон образует связь с соседним атомом в квадратной кристаллической решётке. Свободных электронов нет. Значит, кристалл не проводит электрический ток при комнатной температуре.

Чтобы запустить свободные электроны, нужно заменить некоторые атомы кремния на атомы других элементов с 3 или 5 электронами на внешней орбите. Для этого идеально подходят соседние с кремнием элементы по таблице Менделеева — бор (3 электрона) и фосфор (5). Их подмешивают к кремнию, и эти атомы встают в его кристаллическую решётку. Но в ней только четыре связи. Соответственно, или одной связи не хватает, или освобождается свободный электрон. Заряд такого атома + или −. Так бор и фосфор в решётке кремния создают два слоя полупроводников с зарядами противоположного знака. «Дырочный» слой p- (positive) с бором и недостающим электроном — сток. А «электронный» слой n- (negative) с фосфором и лишними электронами — исток. Они покрыты изолятором из оксида кремния.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Конструкция полевого транзистора MOSFET с управляющим p-n-переходом

Транзистор — минимальный элемент и основной компонент интегральной схемы. В зависимости от напряжения в затворе из поликристаллического кремния ток или потечёт с истока, или нет. Это соответствует логическому 0 и 1.

Вот как выглядит p-n-переход в транзисторе на атомарном уровне при изменении напряжения в затворе:

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Из таких транзисторов состоят все логические элементы, а из них инженеры составляют конструкцию микропроцессора.

Микроархитектура

Современные микросхемы состоят из миллиардов транзисторов, соединённых в сложные конструкции: ячейки памяти, микроконтроллеры, криптографические модули и так далее. Все они располагаются на микросхеме в соответствии с планом инженера-микросхемотехника.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
AMD Athlon XP 3000+ из каталога siliconpr0n

Инженеры используют специальное ПО для проектирования микросхем. Таких программ огромное множество, в том числе и бесплатных, среди них нет единого стандарта.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

В этом ПО выполняется симуляция электрических и физических свойств микросхемы и отдельных цепей, а также тестируется их функциональность.

Проектированием занимаются целые отделы из сотен инженеров, ведь на современных микросхемах огромное количество элементов. У процессоров производства TSMC (AMD) по 7-нм техпроцессу 113,9 млн транзисторов на мм². Intel поставила амбициозную цель достичь плотности 100 млн транзисторов на мм² уже на техпроцессе 10 нм, почти как 7 нм у TSMC. Цель оказалась слишком амбициозной — с этим и связана позорная задержка с внедрением 10 нм.

Все слои микросхемы объединяются в итоговый проект — blueprint, который по электронной почте отправляют на завод в Китае или Тайване.

Фотодело

Из полученных файлов на заводе делают фотомаски — шаблоны для печати микросхем. Они похожи на плёночные негативы, из которых на фотоувеличителе печатаются фотографии. Но если в фотографии эта техника осталась в прошлом, то в производстве микроэлектроники она сохранилась до сих пор.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Фотомаска

Вот как выглядит современный «фотоувеличитель», а именно, степпер компании ASML для фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV).

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Иллюстрация: ASML

Фиолетовым цветом показан маршрут световых импульсов от источника к прибору подсветки, затем к фотомаске с топологией кристалла — и через проекционную оптику на кремниевую пластину.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Пластины из монокристаллического кремния, полученного на первом этапе нашего процесса, помещаются в этот степпер, и здесь засвечиваются через фотомаску, распечатанную из файлов с проектного бюро. Это завершение всего технологического цикла.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Засветка кремниевой пластины

Засветка пластины лазером EUV — тоже весьма нетривиальный процесс. Вот описание и видео из журнала IEEE Spectrum: «Внутри самой современной EUV-машины каждую секунду 50 тыс. капель расплавленного олова падают через камеру в её основании. Пара высокоэнергетических лазеров на углекислом газе ударяет по каждой капле, создавая плазму, которая, в свою очередь, испускает свет нужной длины волны. Первый импульс преобразует каплю олова в туманную форму блина, так что второй импульс, который является более мощным и следует за ним всего через 3 микросекунды, взрывает олово в плазму, которая светится на длине волны 13,5 нанометров. Затем свет собирается, фокусируется и отражается от узорчатой маски, чтобы проецировать узор на кремниевую пластину». Для 7-нм процессоров используется литография в экстремальном ультрафиолете с длиной волны 13,5 нм.

Настоящая фантастика. Неудивительно, что степпер для EUV по самому современному техпроцессу в мире умеет делать только одна голландская компания ASML, которая сейчас является фактически монополистом в этой нише.

Засветка пластины — не единственный шаг на производстве. Перед степпером пластины нагревают до 1000 °С и окисляют поверхность, чтобы сформировать непроводящий слой из диоксида кремния SiO2. Потом на этом слое диэлектрика равномерно распределяют фоточувствительный материал — фоторезист. И только потом помещают в степпер.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Засветка фоторезиста на кремниевой пластине в степпере

На засвеченных участках пластины обнажается слой SiO2, всё остальное защищено фоторезистом. Теперь наступает этап плазменного вытравливания (plasma etching), где с засвеченных участков снимается слой SiO2, создавая углубления. Вытравленные участки снова окисляют. Поверх SiO2 наносят электропроводящий слой поликристаллического кремния. Потом снова покрывают фоторезистом — и цикл повторяется несколько раз, создавая новые углубления уже во втором слое, затем в третьем, потом пластина покрывается слоем металла — и цикл повторяется. В итоге формируются те самые структуры полевых транзисторов с p-n переходом. Цикл повторяется многократно, пока не будет создана полная структура интегральной микросхемы со всеми необходимыми элементами.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Несколько циклов нанесения разных материалов (фоторезист, поликристаллический кремний, диоксид кремния, металл), засветки и плазменного вытравливания создают многослойную структуру транзистора

В зависимости от техпроцесса, размер минимальных элементов в этих структурах может быть 14 нм, 10 нм, 7 нм, 5 нм или меньше, но это весьма условная разница, которая не совсем отражает реальность. Например, на фотографиях под микроскопом ниже можно сравнить размер транзисторов в кэше L2 процессоров Intel (техпроцесс 14 нм+++) и TSMC (7 нм). У первого ширина затвора 24 нм, у второго 22 нм, высота одинаковая.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Сравнение транзисторов в кэше L2 процессоров Intel (14 нм+++) и TSMC (7 нм), сканирующий электронный микроскоп. Источник

По размеру они практически не отличаются, хотя TSMC плотнее размещает эти транзисторы на микросхеме.

В зависимости от размера, на одной пластине помещается от нескольких десятков до нескольких тысяч микросхем.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Микросхемы на кремниевой пластине

Пластины с готовым продуктом проверяют, а затем осуществляется сборка — упаковка чипов в корпуса, подключение контактов. Сборка полностью автоматизирована.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Сборка микросхем

Потом чипы снова тестируют — и если всё удачно, то отправляют клиенту. Через несколько месяцев процессор уже вовсю работает в сервере или на домашнем компьютере, или в телефоне счастливого покупателя.

Мур не сдаётся. Intel тоже

Утратившая технологическое лидерство компания Intel в реальности не испытывает недостатка в денежных средствах. На самом деле совсем наоборот, компания сейчас показывает рекордные прибыли. И она намерена серьёзно инвестировать в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

Благодаря партнёрству с ASML и EUV-литографии Intel планирует вернуться к прежним темпам выпуска новых поколений CPU раз в 2 года, начав с 7-нм техпроцесса в конце 2021 года и дойдя до 1,4-нм технологии в 2029 году.

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины
Слайд из презентации Intel, показанный в выступлении представителя ASML в декабре 2019 года, источник

Если планы реализуются, то Intel сохранит действие закона Мура и догонит AMD/TSMC. В 90-е годы тоже были моменты, когда AMD выпускала более производительные процессоры. После тупика с Pentium 4 ответом стало новое ядро Core — и лидерство Intel на протяжении десятилетий. Впрочем, это было довольно скучное время. Для рынка гораздо полезнее, когда происходит жёсткая «заруба» между конкурентами, как сейчас, в 2021 году.

На правах рекламы

Наша компания предлагает в аренду серверы с процессорами от Intel и AMD. В последнем случае — это эпичные серверы! VDS с AMD EPYC, частота ядра CPU до 3.4 GHz. Создайте собственный тарифный план в пару кликов, максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe.

Источник

В солнечной энергетике идёт переход на крупноформатные кремниевые пластины?

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Кремниевые пластины (silicon wafers) являются «промежуточным полуфабрикатом» для производства солнечных модулей (панелей), основой на которой «печатаются» солнечные элементы, из которых и собирается модуль.

По данным последнего доклада ITRPV 2019, доля пластины в стоимости солнечной панели составляет 14%, гораздо меньше, чем в 2017 году, когда эта доля равнялась 23%. Причина – 1) снижение стоимости сырья – поликремния, 2) повышение эффективности производства, технологические усовершенствования.

Одним из технологических трендов в промышленности по выпуску солнечных модулей является переход на кремниевые пластины более крупных форматов. Более крупный формат пластины позволяет увеличить максимальную мощность фотоэлектрического модуля при том же количестве солнечных элементов (ячеек), отмечает Роман Москвитин, генеральный директор ООО «Солар Кремниевые Технологии».

Увеличение размеров пластин является давней тенденцией. Сорок лет назад стандартная длина стороны (ребра) кремниевой пластины составляла всего около 100 мм. К 2000-м годам она увеличилась до 125 мм. В 2012 году был внедрён тип M0 с длиной ребра 156 мм, который в итоге стал доминирующим. В дальнейшем происходили небольшие поправки этого стандарта, внедрялись пластины M1 (156,75 / 205 мм — диаметр), M2 (156,75 / 210 мм).

В настоящее время абсолютно доминирующим стандартом на рынке является М2. Однако, как видно на следующем графике, PV InfoLink прогнозирует стремительный рост доли пластин типоразмера G1 с последующим быстрым переходом на кремниевые пластины формата М6:

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Формат M6 активно продвигает китайская компания LONGi, которая стала мировым лидером по объёмам выпуска пластин, и намерена увеличить объемы производства до 100 ГВт и даже больше в самое ближайшее время. Пластины М6 используются в новых модулях LONGi Hi-MO 4 и Hi-MOX.

Размер M6 представляет собой квадрат со скошенными углами с длиной ребра 166 мм и диаметром 223 мм. Площадь пластины M6 увеличена на 12,21% в сравнении с М2. В обычном модуле с 72 ячейками M6 может увеличить выходную мощность с 395 Вт до 430 Вт.

Почему LONGi решила поставить на М6?

Компания говорит, что M6 (166 мм) предлагает хороший баланс между снижением затрат и совместимостью с компонентами, которые сегодня используются при создании солнечных электростанций. Согласно расчетам LONGi, цена пластины M6 (за штуку) на 0,34 юаня выше, чем M2, но в 2020 году разница сократится до 0,20 юаня. При такой величине дополнительных затрат M6 может обеспечить снижение прочих затрат солнечной установки (кроме модулей и инверторов) на 6-7% по сравнению с M2.

Ещё одна причина, по которой LONGi продвигает M6 – это заявляемая совместимость с обычно используемой силовой электроникой и возможность применения привычных технологий монтажа. Солнечный модуль с 72 ячейками М6 весит около 30 кг, что допускает возможность использования ручного труда при установке (хотя и на пределе возможностей). Учитывая увеличенную выходную мощность, включая потенциальное двухфазное усиление, пластина M6 увеличит рабочий ток примерно до 13А, что является верхним пределом для стринговых инверторов. Модули с пластинами M6, также совместимы с центральными инверторами.

В производстве солнечных модулей из элементов M6 можно добиться значительного снижения затрат, считает LONGi, поскольку сокращается удельное потребление материалов (алюминиевые рамы, стекло, кабели, кремний, упаковочные материалы). По расчётам производителя, за счёт М6 стоимость модуля может быть снижена на 0,025 юаней / Вт.

Aiko Solar, крупный производитель солнечных элементов, заявил, что может адаптировать свои производственные линии к производству M6 с небольшими дополнительными инвестициями. Компания считает, что доля M6 в её поставках достигнет 60% уже в 2020 году, а в 2021 году увеличится до 90%.

Таким образом, есть вероятность, что рыночная доля кремниевых пластин М6 вырастет намного быстрее, чем прогнозировалось, скажем, в вышеупомянутом докладе ITRPV 2019 года. Его авторы считают, что М2 будет однозначно доминировать до середины 2020-х годов, а в сегменте поликристаллических (mc-Si) кремниевых пластин – гораздо дольше (хотя, конечно, сейчас наблюдается явный отход от продукции mc-Si, вплоть до полного отказа от её выпуска ведущих производителей):

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

Нельзя не отметить, что движителем перехода на М6 является прежде всего LONGi, поэтому остаётся вопрос, достаточно ли сил у компании, чтобы «продавить» рынок.

И это ещё не вся история.

В 2019 году китайская Zhonghuan Semiconductor представила кремниевую пластину гигантского размера М12 «Kwafoo» — 210 мм в длину и 295 мм по диагонали:

Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть фото Для чего используют кремниевые пластины. Смотреть картинку Для чего используют кремниевые пластины. Картинка про Для чего используют кремниевые пластины. Фото Для чего используют кремниевые пластины

По словам компании, солнечный модуль из 60 элементов М12 будет обладать мощностью до 610 Вт.

Новый продукт приведет к «гораздо более низкому BOS [баланс системы – прочие расходы солнечной установки за исключением модуля и инвертора] и LCOE [приведенная стоимость электроэнергии] в проектах солнечной энергетики, а также к большей рентабельности», — говорит председатель Zhonghuan Шен Хаопин.

Рыночные перспективы кремниевой пластины М12 ещё менее понятны, чем М6. Помимо Zhonghuan, в настоящее время ни один производитель солнечных элементов не объявил о корректировке производственных процессов, чтобы приспособиться к M12. Поставщики монтажных систем и трекеров выражают озабоченность по поводу статической и динамической стабильности установок с фотоэлектрическими панелями M12, которые будут намного тяжелее, чем любые другие массово устанавливаемые модули.

«Увеличение размеров пластины приведет к увеличению геометрических размеров солнечного модуля, что может негативно сказаться на его прочностных и эксплуатационных характеристиках (например, приведет к утолщению стекла, ужесточению требований к несущим конструкциям и т.д.), и соответственно снизит взаимозаменяемость с модулями стандартного размера», — говорит Роман Москвитин.

Некоторые эксперты считают, что M12 от Zhonghuan нацелена на использование в технологиях фотоэлементов следующего поколения, таких как IBC (Interdigitated Back Contact), то есть М12 – это технология относительно удалённого будущего, и, возможно, нишевая.

В то же время крупный китайский производитель солнечных модулей Risen Energy уже объявил о поддержке формата M12 и выпустил на рынок солнечный модуль мощностью 500+ Вт, скомпонованный из ста половинчатых (half cut) монокристаллических ячеек, «нарезанных» из кремниевых пластин M12 Zhonghuan.

Таким образом, появление формата М12 привносит дополнительную интригу в прогнозы будущего развития промышленных технологий солнечной энергетики.

В России сегодня действует единственное современное предприятие, производящее монокристаллические и поликристаллические кремниевые пластины — ООО «Солар Кремниевые технологии» («Солар Системс»). Сегодня предприятие выпускает пластины самого массового формата М2.

По данным компании, «технологические возможности ООО «Солар Кремниевые технологии» позволяют производить пластины размером М4 без глубоких изменений производственной цепочки. Дальнейшее увеличение размера пластины потребует частичной модернизации оснастки и оборудования и целесообразно лишь в случае изменения ситуации на рынке».

Объемы производства завода «Солар Кремниевые технологии»: около 240 МВт в год. В то же время годовой объём мирового рынка в 2019 году порядка 120-130 ГВт (120000 – 130000 МВт).

Российские масштабы развития солнечной энергетики малы, а прогнозируемые темпы роста явно отстают от мировых. Для модернизации отечественного производства и обеспечения возможности выпуска пластин более крупных форматов, разумеется, требуются более высокие целевые показатели развития солнечной энергетики в стране.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *