Utvecklingshistorien för fotovoltaiska waferstorlekar

Produktintroduktion

Om du har följt utvecklingen av fotovoltaiska waferar vet du att kantlängden på solwaferar har vuxit från 100 mm till 125 mm, sedan till 156 mm, och ända upp till dagens 210 mm.

Vi kan tydligt se att i takt med att solenergiindustrin har mognat, blir waferstorlekarna allt större. Så vilken typ av påverkan har en större waferstorlek på hela PV-industrins kedja? Och vad baseras dessa storleksförändringar egentligen på?

Påverkan på PV-industrins kedja

1) Wafertillverkare

Större waferstorlekar hjälper waferföretag att minska tre stora kostnader: kiselmaterial, kristalldragning och skivning.

Kärnutrustningen för wafertillverkning (som enkristallugnar och skivmaskiner) mäts vanligtvis i "satser per timme" eller "skivor per maskinskift". En större storlek innebär att en enda ugn eller maskin producerar fler waferar per körning. Till exempel är arean för en 210 mm wafer cirka 1,82 gånger den för en 156 mm, så om skivutbytet förblir detsamma kan timproduktionen för en enda skivmaskin öka med mer än 80%.

Fasta kostnader som utrustningsavskrivning, energiförbrukning och arbetskraft fördelas över en större waferarea, så icke-kiselkostnaden per wafer (som el och material) minskar märkbart. Enligt branschdata kan en uppgradering från 156 mm till 210 mm sänka icke-kiselkostnaden för wafersteget med cirka 20%-30%.

2) Celltillverkare

Större waferar minskar cellernas "kantförlust", eftersom ju större waferarea, desto lägre andel ogiltiga kantregioner.

"Linjehastigheten" för cellproduktion är i princip fast (t.ex. cykeltiden för PECVD och screentryck), så en större storlek ökar cellutbytet från en enskild produktionslinje proportionellt och sänker förbrukningskostnaden för silverpasta, targetmaterial och andra material per cell. Till exempel är silverpastaförbrukningen för en 210 mm-cell ungefär 1,3 gånger den för en 182 mm-cell, men arean är 1,82 gånger större, så silverpastakostnaden per watt sjunker faktiskt med cirka 28%.

3) Modultillverkare

Celler tillverkade av större wafer tvingar modulstorleken att växa, vilket gör att modultillverkare kan minska förpackningskostnaderna och uppnå högre effekttäthet.

Kärnkostnaderna för modulpaketering är hjälpmaterial som glas, inkapslingsfilm, ramar och kopplingsdosor, tillsammans med arbets- och utrustningskostnader för processer som stringning och laminering. En större storlek innebär att mindre hjälpmaterial används per watt, och arbetskostnaden per watt minskar också.

4) Kraftverksinvesterare

Större moduler kan leverera högre effekttäthet (till exempel har 210R-cellmoduler nått 600W+, och 700W+-moduler tillverkade av 210-celler är redan i massproduktion), vilket minskar antalet moduler, mängden monteringsstrukturer och kabellängd som ett kraftverk kräver, vilket indirekt sänker kostnaden för kraftverksinvesterare.

Den kontinuerliga tillväxten av waferstorlekar är i grunden en samarbetsuppgradering av "kostnadsminskning och effektivitetsförbättring" för wafertillverkare, celltestning, modultillverkare, kraftverksinvesterare och många andra parter. Genom att skala upp produktionsenhetens storlek och sänka enhetskostnaden förs utdelningarna nedåt i kedjan till aktörerna längre ner.

Tekniska parametrar

Tekniska fördelar

• Större wafers minskar kiselmaterial, kristalldragning och skivningskostnader i tillverkningsstadiet

• En enda skivningsmaskin kan öka timproduktionen med mer än 80 % vid övergång från 156 mm till 210 mm

• Icke-kiselkostnaden för waferstadiet kan sjunka med cirka 20-30 % vid uppgradering från 156 mm till 210 mm

• Minskad kantförlust och lägre silverpastakostnad per watt (cirka 28 % lägre för 210 mm-celler)

• Moduler med högre effekttäthet minskar antalet moduler, monteringsstrukturer och kabellängd som behövs

Produkttillämpning

Historien om PV-waferutveckling

Eftersom fotovoltaiska wafers ursprungligen kom från halvledarmaterial av enkristall, har PV-industrin länge följt halvledarwaferstorlekarna 6 tum och 8 tum (diameter), motsvarande de så kallade 5-tums wafer (125 mm) och 6-tums wafer (156 mm) i kantlängd.

I takt med att PV-industrin växte och efterfrågan på wafers och celler ökade, och med framsteg inom inhemsk kristalldragning, skivning och cellproduktionsutrustning, fasades 5-tums wafer (125 mm) gradvis ut ur PV-kedjan. Efter 2012, förutom en eller två speciella celltillverkare, var 125 mm-wafern i princip borta från marknaden.

156 mm (8-tums kristalltillväxt) wafers blev sedan mainstream-storleken. Därefter började industrin experimentera med små ökningar på 8-tums kristalltillväxtplattformen. I slutet av 2013 släppte fem företag, inklusive Zhonghuan och Longi, gemensamt waferstandarderna M1 (156,75-φ205 mm) och M2 (156,75-φ210 mm). Utan att ändra modulstorleken ökade M2 waferarean (med 2,2 %) och höjde moduleffekten med mer än 5W, vilket snabbt blev industristandard och förblev stabilt i flera år.

Under de följande åren använde stora wafertillverkare tekniska uppgraderingar baserade på M1 och M2 för att kontinuerligt öka waferns kantlängd till 158,75, 161,7, 166 mm och andra storlekar. Fördelen med 158,75 mm wafern är att all befintlig intern kapacitet kunde uppgraderas genom teknisk eftermontering till låg kostnad. Även för mycket gamla cellanläggningar låg kostnaden för 1 GW eftermontering inom en acceptabel nivå.

Fördelen med 166,00 mm wafern är att dess area är 12,22 % större än M2, och moduler av 72-typ som använder denna wafer kan nå 420-430 W. Samtidigt var denna storlek nära men inte över kapacitetsgränsen för befintlig utrustning, så eftermonteringskostnaden förblev kontrollerbar.

Från 156 mm till 166 mm ökade alla tillverkare i detta skede waferarean genom tekniska uppgraderingar på den befintliga 8-tums kristalltillväxtplattformen.

I augusti 2019 tog Zhonghuan ett språng och släppte G12 enkristallwafern med en kantlängd på 210 mm, och tillämpade direkt halvledarwaferns storleksspecifikation på PV. Målet var att uppnå ett språng i modulens effekt och en ytterligare minskning av tillverkningskostnaden genom större waferar. Men vid den tiden hade 210-wafern nästan inget stöd från uppströms- eller nedströmsindustrin i PV-kedjan, och de flesta i branschen var skeptiska till 210.

År 2019 släppte Trina och Zhonghuan, de tidigaste användarna av 210-wafern, nästa generations nya modulprodukter. Baserat på 50-versionen av 210-wafern nådde den maximala effekten 500 W, vilket också var den första 500 W-produkten i PV-industrin. Begränsad av PV-glasets specifikationer vid den tiden kunde modulen inte göras med 6 kolumner av celler utan endast med ett udda antal på 5 kolumner, och den udda kolumnlayouten innebar att modulen var tvungen att använda en flygtrådsdesign. Även begränsad av växelriktarens ström vid den tiden kunde cellerna inte använda den halvskärning som var vanlig i branschen, utan kunde endast göras i tredjedelar.

Med lanseringen av Zhonghuans 210 kantlängdswafer och fördelen att 210-moduler kunde nå 500 W+ effekt, föll modulledare representerade av Jinko, JA Solar och Longi i djup eftertanke i slutet av 2019. Å ena sidan ville dessa företag ha en produkt för att motverka effekten av 500 W-modulen; å andra sidan ville de inte göra produkter med udda kolumner och tredjedelsskärningsdesign.

Så dessa tre företag valde inte 210, och de tänkte alla sammanträffande på att använda den traditionella jämna 6-kolumniga cellayouten för att uppnå 500W+ produkter. Faktum är att specifikationerna för de tre inte var desamma från början. Jinko och JA Solar fastställde ungefär en 180mm waferstorlek i slutet av första kvartalet 2020, medan Longi initialt bestämde en storlek på 17X. Efter kommunikation och förhandling enades de tre företagen slutligen om storleken 182mm, och i juni 2020 släppte de tre ledande företagen tillsammans med 7 andra tillverkare i branschen gemensamt M10 enkristallwafern baserad på 182mm-specifikationen.

Den 183.75*182.2 cellstorlek som används idag är baserad på 182mm tekniska grund. Precis som den tidigare 156mm kantlängden fortsatte att öka till 158.75, ökar den cellarean genom tekniska uppgraderingar utan att ändra modulstorleken, vilket förbättrar effektgenereringseffektiviteten.

Logiken bakom 182 kantlängdswafern skiljer sig från det språngvisa införandet av 210 kantlängden. 182 genererades genom en baklängeslogik baserad på branschens befintliga gränsvillkor. De huvudsakliga gränsvillkoren var fraktcontainerns höjd och glasugnsbredden. Dessa två punkter bestämde att den övre gränsen för modulbredden är mellan 1133-1134mm, vilket sedan leder till en cellstorlek på 182mm för en 6-kolumnig cellayout.

Å ena sidan är effekten hos 182-modulen högre än den tidigare 50-versionen av 210-modulen. Ännu viktigare är att 182-modulen fullt ut fortsatte den mogna 6-kolumniga layouten och 2-cut celltekniska lösningen, med bättre produktprestanda och en mogen stödjande uppströms- och nedströmsförsörjningskedja. Enligt branschens tankelogik vid den tiden kunde 210 inte göras till en 6-kolumnig cellayout, både för att glasugnen inte stödde det och containern inte stödde det. Det verkade som att 210 höll på att bli en misslyckad lösning.

Men Trina, ledaren för 210-lägret, bröt igenom den fasta tanken hos de flesta branschutövare och vände på den traditionella designlogiken, och lanserade snabbt en 60-cells 210-modulprodukt baserad på en 6-kolumnig cellayout och 2-cut celler, med en moduleffekt på upp till 600W (modulen med storleken 2172*1303).

Trinas idé var: om containern inte stödjer tvålagers sidoplacering av 6-kolumns 210-moduler, placera då modulerna vertikalt i containern; om glasugnen inte stödjer det, samarbeta med glasfabriker för att uppgradera produktionslinjen; om 2-klipp 210-cellsströmmen är för hög för växelriktaren, samarbeta då med växelriktartillverkare för att utveckla en ny generation produkter. Under andra halvan av 2020 ledde Trina även en grupp tillverkare för att etablera 600W+ industriförbundet, med målet att uppnå samordnad marknadsföring av hela 210-industrikedjan.

6-strängsversionen av 210-modulen nådde en bredd på 1303 mm och kunde endast placeras vertikalt i containern. Vertikal placering orsakade vissa problem i vissa scenarier, och många kunder gillade inte denna metod. Inför detta problem föreslog Trina i mitten av 2022 djärvt den rektangulära waferlösningen och lanserade en 182 mm210 mm rektangulär wafer. Modulen baserad på den rektangulära wafern har en bredd på 1134 mm, i linje med den traditionella 182-modulens bredd, medan längden är 238X. Sedan 2023 släppte 9 ledande företag, inklusive Jinko, JA Solar och Longi, gemensamt storleken på den rektangulära wafermodulen, bekräftad som 23821134.

För modulen i storlek 2382*1134, klicka på texten för att se tidigare artikel: Varför är 2382*1134 den gyllene storleken för moduler?

I dagens 2026, efter flera års storlekstvister, har solcellsindustrin för närvarande tre dominerande waferstorlekar: 183,75182,2 mm, 210182,2 mm och 210210 mm. Bland dem har 183,75182,2 mm wafer, som den avancerade versionen av 182-serien, fördelen med befintlig kapacitet; modulen tillverkad av 210182,2 mm wafer kallas den gyllene storleken, med lägre transportkostnader vid export av solceller, och den är kompatibel med 182-seriens modulproduktionslinjer; marknadsandelen för 210210 mm wafer ökar också gradvis.

Ooitech synpunkt

Ooitech anser: utvecklingen av solcellsstorlekar från 100 mm till 210 mm är i grunden en samarbetsuppgradering över hela industrikedjan, där produktionsenheter skalas upp för att driva ner enhetskostnaderna och föra vidare fördelarna nedströms.