什么叫光伏材料加工与应用

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换

光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

光—电直接转换

太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。 太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%

太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。

简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。

由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。

光伏电池板是发电用，光伏组件太阳能控制器，光伏方阵，太阳能板控制器，逆变器，电瓶组合方阵发电系统。

太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光伏效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

供应相对短缺

协鑫集成公告称，拟为全资子公司合肥协鑫引入投资者，将募投项目“合肥协鑫集成15GW光伏组件项目”及“乐山协鑫集成10GW高效TOPCon光伏电池生产基地(一期5GW)项目”实施方式变更为合资经营。对于变更原因，协鑫集成表示，为加快公司大尺寸组件及电池片产能落地。

天合光能日前在接受机构投资者调研时表示，目前公司定位在大尺寸路线。未来1-2年，公司主要侧重N型技术的研发与应用，聚焦TOPCon技术、IBC系列技术、HJT等新型电池技术。

7月20日，双良节能发布公告，全资子公司双良硅材料(包头)有限公司近日与安徽华晟新材料有限公司签订《异质结专用单晶方锭框架供应合同》。公司表示，合同的签订彰显了公司大尺寸N型单晶硅相关产品持续获得下游优质客户尤其是异质结电池客户和市场的认可。

中国光伏行业协会名誉理事长王勃华日前介绍，今年上半年，光伏大尺寸、薄片化推进速度进一步加快，大尺寸硅片市场占比快速提升，部分企业已将产线全部转为182mm、210mm等大尺寸硅片。

钧达股份近日表示，今年以来大尺寸电池产品供应相对短缺，电池产品持续提价，未来盈利水平有望稳定。

盈利空间将不断释放

随着光伏发电平价上网逐步实现，行业由政策性补贴驱动逐渐转向由技术创新和降本增效驱动。

大尺寸产品的优势随之体现。天合光能就2022年上半年业绩预增表示，由于210mm大尺寸高功率组件光伏产品销售占比同比大幅提高，导致公司经营业绩同比大幅提升。通威股份表示，上半年，公司电池片业务满产满销，出货量同比增长，大尺寸产品占比提升，盈利能力同比显著修复。

中国光伏行业协会报告显示，2020年至2021年，210mm和182mm大尺寸硅片合计占比由4.5%增长至45%。行业机构PV InfoLink预测，到2022年底，大尺寸硅片包括182mm和210mm的市场占有率将达到79%。

TCL中环7月21日在接受机构投资者调研时表示，N型设备单位固定资产上升，需要通过大尺寸等方式降低通量成本。

中信建投分析师朱玥称，在大尺寸电池产能供不应求、新技术电池贡献超额利润等因素作用下，预计后续电池环节盈利能力有望持续保持较高水平。尤其是高效电池技术2022年迎来产业化元年，预计2023年进一步放量，电池企业盈利空间将持续释放，估值、业绩有望迎来较大弹性。大尺寸新技术电池组件是今年下半年光伏板块最大投资机会。中国证券报

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1、原子结构排列和加工工艺不同

单晶硅与多晶硅的区别在于它们的原子结构排列，单晶是有序排列，多晶是无序排列，这主要是由它们的加工工艺决定的，多晶多采用浇注法生产，就是直接把硅料倒入埚中融化定型，而单晶是采取西门子法改良直拉，直拉过程就是一个原子结构重组的过程。

2、转换效率不同

单晶硅电池平均转换效率要比多晶硅高，大概在10%-20%左右。相对而言单晶硅价格比多晶硅也高。

3、外观不同

从外观上面看的话，单晶硅电池片的四个角呈现圆弧状，表面没有花纹；而多晶硅电池片的四个角呈现方角，表面有类似冰花一样的花纹。

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。单体太阳能电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体太阳能电池串、并联连接和严密封装成组件。

太阳能板（也叫太阳能电池组件)多个太阳能电池片按组装的组装件,是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1） 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程。

（2） 光—电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。

太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。

一、区别：单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。它们的原子结构排列 单晶是有序排列多晶是无序排列主要是有它们的加工工艺决定的 多晶多采用浇注法生产,就是直接把硅料倒入埚中融化定型而单晶是采取西门子法改良直拉,直拉过程就是一个原子结构重组的过程.二、相同点：原料都是硅。三、太阳能电池的简单介绍：太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，缩写为PV），简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。四、图示：

主要需要以下五种材料：

1.单晶硅：硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料；

2.多晶硅：多晶硅，是单质硅的一种形态，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核；

3.非晶硅：又称无定形硅，单质硅的一种形态，棕黑色或灰黑色的微晶体，硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高；

4.砷化镓：砷化镓是一种重要的半导体材料；

5.铜铟镓硒：第二代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。

背景

碳达峰与碳中和：通过各种手段抵消生产过程中排放的二氧化碳 ， 最终实现二氧化碳的零排放。

过去十年光伏发电成本已下降了超过90% ， 甚至在部分国家已经低于常规能源 ， 实现了平价上网 （ 接入电网 ）

产业链

行业上游为从硅料到硅片的原材料制备环节 ；

中游则是从光伏电池开始到光伏组件的制造环节 ， 负责生产有效发电设备 ；

下游则是应用端 ， 即光伏发电系统。

1.硅料（通威股份，大全能源，保利协鑫）

2.硅片（ 隆基，中环，上机数控）

3.电池片（通威股份，爱旭股份）

HJT topCon

4.组件（晶澳科技）

需要辅材配合

5.电站（晶科科技 京运通 太阳能）

需要逆变器配合

一体化企业：隆基，晶澳科技，天合光能

光伏设备：迈为股份 捷佳伟创 金辰股份

光伏硅料 ： 掌控产业上游

工业硅为原料,经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料,是信息产业和新能源产业最基础的原材料.

注：这里的多晶硅料与多晶硅片不是一个概念，多晶硅片是光伏中游的产品。

硅料在光伏产业链的成本比重越来越小（技术进步），目前已经从90%下降到了45%。

制作工艺：改良西门子法，硅烷流化床法（成本优势，但是技术相对不成熟）

硅料涨价（特别是21年）：供应商惜售，抬价；确实存在产能不足。会对下游利润和需求造成压制。

通威股份，大全能源，保利协鑫

光伏硅片 ： 单晶硅对多晶硅实现全面替代

硅片是产业链上游的末端 ，是光伏产品的起点，其形状 、 大小与薄厚取决于生产工艺与下游产品设计需求 。 硅片进一步加工即是晶硅电池片 ， 而电池片经排列 、 封装并与其它辅材组合后即是太阳能电池板 ， 光伏系统最小有效发电单位。

简单概括硅片的生产工艺 ： 将上一节所说的多晶硅料经过一系列工序后 ， 拉棒制成单晶硅棒 ， 或铸锭制成多晶硅锭 ， 再进行切片制成硅片。

单晶硅光电转化效率更高（尤其是PERC电池为代表的新一代电池技术），随着技术进步，基本全面取代多晶硅。

当前光伏硅片有5种主流尺寸 ， 分别为

156.75mm 、 158.75mm 已经淘汰

166mm（主流） 、182mm 、210mm（趋势）。

大尺寸化正在加快，大尺寸的成本低，效率高。

目前降低耗硅量的主要方式为降低硅片厚度与减少切片损耗。

目前光伏产业上游的发展路线十分清晰 ， 一切围绕降本展开。

隆基，中环，上机数控

光伏电池 ： 持续升级 ， 快速进步

中游的起点。所谓光伏电池 ， 是一种利用太阳能发电的半导体薄片 。 只要满足一定光照条件 ， 电池片就可输出电压 ， 并在有回路的情况下产生电流。

最重要的指标为发电功率。

技术路线：

单晶硅PERC电池：产能高，技术成熟。未来提升光电转换率的空间不高。

N型电池 ：光电转换率高，技术相对成熟

TOPCon： 理论光电转换效率极高 ， 达到28.7%，对生产线要求不高，可以在现有生产线升级而来，对前期投资更加友好。但是生产工艺复杂（12-13道。），因为工艺负责也推高了生产成本。

HJT：最有希望成为下一代主流的技术路线。工序少（4道），但是成本高（对原材料要求高，目前PERC设备不兼容）

IBC：转换效率最高的技术路线，但是技术不成熟，工艺要求高，面临的困难远大于前两者。

薄膜型太阳能电池，衰减低 、重量轻 、材料消耗少 、制备能耗低 、适合与建筑结合等特点 。但由于仍处于研发的早期阶段，转换效率并不高。商业化上的困难较大。

通威股份，爱旭股份

光伏组件 ： 太阳能发电的根基

光伏组件 ， 或太阳能电池板 ， 两者指的是同一个产品。

光伏组件的制备主要包括电池片互联和层压两大步骤 ：

电池片互联：伏组件的标准电池片数量为60片或72片 ， 对应以10或12条铜线作为汇流条将其连接起来 ， 6组互联为一个光伏组件。

层压：在电池片互联后 ， 一般需按照钢化玻璃 、 胶膜 、 电池片 、 背板以从下到上的顺序 ， 经过层压的方式封装在一起 ， 背板与钢化玻璃将电池片和胶膜封装在内部 ， 通过铝边框和硅胶密封边缘保护。

晶澳科技

光伏辅材 ： 不含硅 ， 也重要

辅材中成本占比排名前五的分别是边框 、玻璃 、 胶膜 、 背板以及焊带

边框：成本占比最高，技术含量最低，议价能力最低。

玻璃：光伏玻璃，超白压花玻璃 、 超白加工浮法玻璃 ， 以及透明导电氧化物镀膜(TCO)玻璃，光伏玻璃的发展主要受上下游驱动 ， 目前的主要趋势分别是增大与减薄，比较核心的辅材。

胶膜：封装胶膜材质一般为有机高分子树脂 ， 其直接与组件内部的电池片接触 ， 覆盖电池片上下两面 ， 对电池片起抗水汽 、 抗紫外等保护作用 。目前市场上有三种主流胶膜 ， 分别为透明EVA （ 聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物的简称 ） 胶膜 、 白色EVA胶膜以及POE （ 聚烯烃 ） 胶膜。

背板，焊带：略

玻璃：福莱特，信义光能

胶膜：福斯特 海优新材

支架边框：爱康科技 中信博

背板：塞伍技术 中来股份 名冠新材

光伏逆变器 ： 光电上网的最后一块拼图

是将光伏组件产生的直流电 ， 转换成频率可调节的交流电的电子设备，光电上网的必备器件。。

阳光电源，固德威，锦浪科技

光伏发电站 ： 产业的终端

光伏发电站是光伏产业链的最末端

集中式光伏电站的主要特点在于运维更为经济 ， 受益于规模效应 ， 发电成本比较低 ， 且发电量大 ， 更能满足电网的接入要求 。 我国目前就是集中式电站占主流 ， 多分布于西部光能富集地区

分布式光伏电站则主要是指利用小型空地 ， 或建筑物表面 ， 如厂房 、 公共建筑屋顶等表面建设的小型发电站 ， 在人口比较稀疏的发达国家占据主流

晶科科技 京运通 太阳能

北极星太阳能光伏网讯:一、光伏玻璃产业链概述

光伏玻璃位于光伏产业链中游。由于晶体硅电池片机械强度差，并且其电极很容易收到空气中的水分和腐蚀性气体的氧化和锈蚀，使得其在露天环境中的应用受到极大限制，所以通常利用光伏玻璃与背板通过EVA胶膜将电池片密封在中间，这样可以保护电池不受水分、氧气等气体的氧化和腐蚀。之后再安装铝边框与接线盒，由此封装成太阳能(3.240,-0.06,-1.82%)电池组件，其中根据组件背部材料的不同，分为单玻组件和双玻组件。最后再与逆变器共同组成光伏发电系统。

光伏玻璃的生产流程分为两个阶段。第一阶段是原片生产阶段。首先利用混料机将石英砂、纯碱、石灰石、氧化铝以及芒硝等原料称重并按比例混合均匀。然后将上面混合好的原料加入窑炉并加热至1500℃以上从而融化、澄清得到玻璃液。再将玻璃液压延为成型的玻璃带。之后在退火窑中将压延成型后的热态玻璃板通过保温和缓慢冷却使应力达到裁切要求。最后使用纵切机、横切机对玻璃进行按需裁切，使用横掰机沿横向应力线进行掰断。质量监控合格即完成第一阶段。第二阶段是深加工阶段。首先使用磨边机对玻璃原片进行磨边和安全倒角处理。然后清洗过后使用辊筒镀膜机将镀膜液均匀涂覆到玻璃上，再将其放入在钢化炉中，通过急热急冷在玻璃表面形成压应力、在内部形成张应力，从而达到钢化目的。最后进行清洗，质量监控并包装为成品，即完成全部生产流程。

光伏玻璃主要分为超白压延玻璃和超白浮法玻璃。两者的区别在于制作工艺和应用对象不同。由于在全球光伏电池市场晶硅电池应用更为广泛并且超白压延玻璃透光率更高，所以相较于超白浮法玻璃，超白压延玻璃在市场中占据更大份额。

光伏玻璃行业有一定的进入壁垒。技术方面，光伏玻璃对光伏透射率、机械强度、抗腐蚀、抗氧化、耐高温等性能均有较高要求，对光伏玻璃生产制造各个环节的生产工艺技术都提出了较为严苛的要求以保证产品质量及其稳定性。同时光伏玻璃在料方、工艺、熔窑结构以及操作控制制度等方面均比普通玻璃具有更高要求，因此无法轻易将普通玻璃的生产线转换为光伏玻璃生产线，进而普通玻璃生产企业也很难轻易进入光伏玻璃市场。在规模方面，光伏玻璃行业规模效应非常明显。大型熔炉可以实现单吨材料和燃料消耗下降、生产效率的提升以及折旧和固定成本的分摊。一般而言，1000 吨/日生产线单位成本较650吨/日低10%-20%。在资金方面，光伏玻璃行业的初始投资较大，一般每千吨产线需投资6-7亿元。并且生产线建设周期较长需要1-2年。投资回收期在五年以上。

薄片化和高透光率趋势明显。近年来光伏玻璃行业发展迅速，目前前盖板玻璃厚度的规格大部分使用的是3.2mm的，根据光伏行业协会的预测，2019年3.2mm前盖板玻璃的市场占有率为67.50%左右。随着组件轻量化及新技术的不断产生，盖板玻璃厚度会向薄片化发展，3.2mm厚度的前盖板玻璃市占率将不断被压缩，预计到2025年，2.5mm 前盖板玻璃将成为市占率第一。其他(2.0mm以下的前盖板玻璃)厚度的前盖板玻璃市占率也将快速提升。同时，由于太阳能电池的光电转换效率每提升1%，发电成本就会降低7%。而要想提升光电转换效率，在光伏玻璃方面，重点在于提升透光率，目前行业内光伏玻璃原片平均透光率约为91.6%，未来还有较大的提升。

二、国内厂商成为全球供给主力，寡头垄断格局形成

(一)国内厂商异军突起

光伏发电蓬勃发展，光伏玻璃景气度回升。光伏玻璃是光伏组件的必要组成部分，其市场需求量和光伏装机量密切相关。在全球都在致力于发展清洁能源的大背景下，光伏发电正在蓬勃发展。光伏玻璃发源于欧洲，2006年后我国的厂商进入光伏玻璃行业。无论是从国际和国内看，光伏玻璃行业市场集中度都很高。全球来看，国际上约 80%的光伏电池组件采用中国生产的光伏玻璃。其中信义光能和福莱特(12.020,0.39,3.35%)处于第一梯队，彩虹、金信、南玻处于第二梯队，公司产能与规模较小。

国内厂商引领全球。随着国内厂商不断进行技术引进和研发，逐渐打破国外企业在光伏玻璃行业的垄断，同时国内厂商充分利用国内成本优势，扭转了光伏玻璃依赖进口的局面，实现了从依赖进口到替代进口的转变，国内大型企业也开始在国外建厂。截止2019年，中国已经成为光伏玻璃的最大出口国，产量占比达到全球90%以上。

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