Pourquoi les wafers monocristallins augmentent-ils en taille?

David Dornbusch/ juillet 12, 2019/ Vertsun actualité

L’industrie photovoltaïque est en train de subir des changements technologiques rapides dus à l’adoption rapide et bien documentée des tranches monocristallines. Ce que nous comprenons moins bien, c’est que, dans le cadre de cette transition technologique, le passage à de plus grandes tailles de plaquettes silicium implique des plaquettes mono-Si de type p et de type n.

PV Tech souligne depuis de nombreuses années que l’industrie solaire était en pleine mutation technologique, notamment le passage à la technologie PERC (Passivated Emitter Rear Cell) et, plus récemment, à la migration des wafers multicristallins vers les systèmes monocristallins.

Ces développements ont abouti à la production en série de technologies mono-PERC, cellules bifaciales, semi-découpées et bardelées à haute efficacité de type p, disponibles en configurations à double vitrage, multi-jeux de barres et demi-cellules. Tous poussent les produits à haute efficacité sur les marchés traditionnels à volume élevé.

Diverses options de cellules de type n (nPERT et émetteur sélectif, par exemple), ainsi que les technologies à hétérojonction (HJT) ont acquis une présence progressive mais croissante sur le marché, notamment en raison d’une modification de la taille des plaquettes qui réduit les coûts de production globaux.

En effet, le passage à de plus grandes tranches de type n est une partie importante de la dernière technologie de cellule IBC (contact arrière interdigité NGT) de SunPower, qui alimentera ses modules de la série S, réside dans le fait qu’il utilise les modules S-series. C’est aussi le chemin emprunté par LG Electronics.

SunPower is transitioning to larger n-Type wafers. Image: SunPower CorpSunPower est en train de passer à de plus grandes plaquettes de n-type . Image: SunPower Corp

Avant 2010, les tranches de silicium monocristallin  étaient classées comme petites dimensions avec une largeur de 125 mm x 125 mm (diamètre du lingot de silicium de 164 mm) et seulement un petit nombre de 156 mm x 156 mm (diamètre du lingot de silicium de 200 mm), qui était la taille dominante du lingot dans le semi-conducteur. l’industrie jusqu’à ce que les grandes entreprises adoptent des lingots de 300 mm de diamètre.

Monsoon Wang, directeur du marketing produit chez LONGi Solar, a déclaré à PV Tech que le changement de taille de la tranche se produisait plus rapidement que beaucoup de gens ne le réalisaient.

“Oui, cette tendance se passe”, a noté Wang. «Il y a seulement dix ans, presque toutes les plaquettes mono faisaient 125 mm. Quelques années plus tard, certains producteurs ont commencé à fournir des plaquettes de 156 mm et nous avons vu que ces transitions presque complètes peuvent prendre deux à trois ans. Ainsi, en 2014, la transition vers les plaquettes de 156 mm avait déjà eu lieu. La raison de ce changement est que les plaquettes étaient beaucoup plus petites et les coûts de production beaucoup plus élevés car la capacité globale était beaucoup plus basse que pour le multi. C’est le facteur qui a poussé tous les producteurs de cellules à adopter la taille de tranche plus grande à l’époque.

Après 2010, les tranches de 156 mm x 156 mm sont devenues de plus en plus le choix populaire (coût par watt inférieur) pour les formats de tranches mono et multi de type p. En raison de la baisse des coûts de production, les plaquettes de type P de 125 mm x 125 mm ont été pratiquement éliminées du marché en 2014, seules quelques cellules IBC et HJT utilisant les plaquettes de type n de 125 mm x 125 mm en raison de la technologie de grande taille décalée du type P investissements en raison de la niche des applications.

À la fin de 2013, un certain nombre de producteurs de plaquettes basés en Chine (LONGi, Zhonghuan, Jinglong, Solargiga et Comtec) ont publié conjointement les normes relatives aux (M2) 156,75 x 156,75 mono-plaquettes de type p (lingot de silicium de 205 mm de diamètre) et (M2). ) 156,75 x 156,75 mono-tranches de type p (lingot de silicium de 210 mm de diamètre).

Sans augmenter l’encombrement d’un module à 60 cellules, les plaquettes M2 pourraient augmenter la puissance du module de plus de 5Wp, ce qui constituerait un avantage considérable pour un coût au watt compétitif, devenant ainsi rapidement la norme et conservant ce statut pendant plusieurs années.

Au cours de cette période, il y avait également quelques plaquettes (M4) de 161,7 mm x 161,6 mm (lingot de silicium de 211 mm de diamètre) sur le marché, dont la superficie était supérieure de 5,7% à celle d’un M2. Elles étaient principalement utilisées pour les bifaciales de type n. modules.

Le passage de 156 mm x 156 mm aux grands formats de 156,75 mm x 156,75 mm en série a commencé en 2016. L’ancien format 6 ”(156 mm x 156 mm) que nous reconnaissons tous devrait disparaître complètement du marché d’ici la fin de 2019, selon l’édition 2019 de l’enquête ITRPV.

Cependant, il sera difficile de passer à une nouvelle taille de tranche “standard” plus grande, de même que la comparaison des rendements de conversion cellule / module sur une base identique pour les années à venir.

L’industrie évolue plus rapidement que prévu et les principaux fabricants de modules photovoltaïques tels que LONGi et JinkoSolar augmentent la capacité de plaquettes mono-Si, compatibles avec la production de plaquettes de silicium plus grandes. Les tailles de plaquettes multicristallines devraient également suivre cet exemple. Le format dominant est la production en série de 156,75 x 156,75 mais, selon l’édition ITRPV 2019, d’autres tailles apparaissent également dans la production de masse, telles que 157 x 157 et même un format plus grand à 158,75 x 158,75, pourrait constituer la norme pour la prochaine génération. quelques années.

Des formats plus grands devraient entrer en production à un moment donné, y compris 166 mm x 166 mm, qui pourraient gagner une part de marché de 15% au cours des 10 prochaines années. Des formats encore plus grands ne sont pas exclus dans la dernière enquête ITRPV.

Larger formats are expected to enter production at some point, including 166mm x 166mm, which could gain a 15% market share over the next 10 years. Even larger formats are not ruled out in the latest ITRPV survey. Image: ITRPV

Des formats plus grands devraient entrer en production à un moment donné, y compris 166 mm x 166 mm, qui pourraient gagner une part de marché de 15% au cours des 10 prochaines années. Des formats encore plus grands ne sont pas exclus dans la dernière enquête ITRPV. Image: ITRPV

Cela est probablement dû à l’intensification de la concurrence sur le marché observée au cours du deuxième semestre de 2018, lorsque la Chine a supprimé les mécanismes de soutien des marchés de la production à grande échelle et de la production décentralisée dans le cadre du «531 New Deal».

«Au cours du second semestre de l’année dernière [2018], en raison des exigences du marché, les clients réclamaient des sorties de module supérieures dans la plage des 400Wp», a ajouté Wang. «C’est très difficile à réaliser au niveau de la cellule en si peu de temps. Changer la taille de la tranche et passer à des cellules demi-coupées était considéré comme la meilleure option pour atteindre 400 Wp.

Cependant, plusieurs fabricants avaient leurs propres idées sur ce que devrait être la plus grande taille de la tranche, tels que 157,4 mm, 158,75 mm et 161,7 mm, que les entreprises coréennes telles que LG et Q CELLS ont sélectionnées pour leurs cellules de type n. Ainsi, au cours du second semestre de l’année dernière, des incertitudes régnaient sur le marché, qui ont conduit à des discussions avec de nombreux clients. Ce que nous avons découvert, c’est la principale préoccupation liée à l’impact des projets photovoltaïques sur le LCOE.

Le marché [en aval] aura besoin de temps pour être informé et informé de la prochaine transition de tranche, en particulier en ce qui concerne la comparaison des dimensions et du poids des modules avec, par exemple, les modules verre / verre bifaciaux. Un point clé à prendre en compte lors du passage à des dimensions de module légèrement plus grandes est que les modules n’auront toujours besoin que de deux personnes pour être installés, de sorte que le LCOE sera toujours plus bas, de même que le BOS (Balance of System).
Ceci s’applique également à la fabrication de cellules, le coût par watt étant également réduit, de même que la pâte. Bien qu’il puisse être un peu difficile pour les capacités de production de cellules et de modules existantes d’adopter des tailles de plaquettes plus grandes, car les dépenses en investissement devraient être consacrées à certaines mises à niveau, les nouvelles lignes de production n’auraient pas cette difficulté », a ajouté Wang.

Le processus de réflexion en jeu était l’espoir qu’une augmentation supplémentaire de la puissance de sortie des modules en augmentant la taille des tranches de silicium serait la solution la moins coûteuse pour garantir la compétitivité du produit.

Selon LONGi, les fabricants de panneaux photovoltaïques ont évalué les solutions suivantes: adopter des plaquettes M2 et continuer à augmenter la largeur de la plaquette, jusqu’à 157 mm, 157,25 mm ou 157,4 mm, sans augmenter les dimensions globales du module.

Cependant, la modélisation a indiqué que l’augmentation de la puissance produite serait limitée. D’autres facteurs, tels que les exigences relatives à la précision de la production, seraient également augmentés. En outre, la compatibilité de la certification pourrait être affectée (par exemple, le non-respect de la ligne de fuite imposée par la certification UL).

LONGi a indiqué qu’une autre méthode consistait à augmenter la largeur du module à travers la tranche de 125 mm à 156 mm, telle que la tranche pseudo-carrée de 158,75 mm ou la tranche carrée (lingot de silicium de 223 mm de diamètre). LONGi a déclaré que ce dernier augmentait la surface de tranche d’environ 3%, ce qui augmentait la puissance d’un module de 60 cellules de près de 10Wp.

Ce qui semble également se produire, c’est que les fabricants de modules de type n pourraient choisir des plaquettes de 161,7 mm M4, alors que certains envisagent de lancer des plaquettes de la taille de 166 mm à l’avenir, selon LONGi.

Il n’est peut-être pas surprenant que le plus grand producteur de plaquettes mono-silicium ait choisi la taille de plaquette de 166 mm, cette taille étant apparemment la taille maximale compatible avec tous les outils de production de four à diffusion horizontale standard. D’une part, l’amortissement et le travail manuel par watt seront considérablement réduits en raison de l’augmentation de la capacité de production de cellules et de modules. D’autre part, les modules avec des plaquettes plus grandes ont une puissance plus élevée et peuvent réduire les coûts de BOS, ce qui réduira à son tour le coût total du système.

Avec des plaquettes plus grandes, le besoin en cellules à demi-coupe ou à coupures multiples augmente également, en raison de l’augmentation des pertes résistives négatives pour les cellules à base unique de type p. Moins de résistance entre les cellules augmente clairement la puissance de sortie d’un module.

Ainsi, à l’avenir, pour les cellules à base mono de type p, plus grandes seront bonnes, à condition que des cellules coupées et d’autres technologies de réduction des pertes de cellule à module, telles que le bardage, soient adoptées.

«Les fabricants s’entendent de plus en plus sur l’idée que la prochaine norme sera la plaquette M6 de 166 mm, après son lancement public à SNEC. Des travaux seront entrepris pour informer le marché de la prochaine tranche de plaquettes standard car, en tant que premier producteur de plaquettes mono, nous avons cette responsabilité.

Du point de vue de LONGi, il faudra environ six mois pour effectuer la transition vers la plaquette M6 dans un module et peut-être un an pour que le secteur passe à la transition vers la plaquette M6. Il y a une bonne incitation à faire la transition le plus rapidement possible », a conclu Wang.

silicium

silicium panneaux francais