光伏（太陽能光伏發電系統）作為中國七大戰略性新興產業重點之一——新能源板塊的重要構成，在全球能源領域都有重要地位。6月20日0時至28日24時，國家電網組織在青海全省連續9天全部以水、風、光等清潔能源供電，實現用電零排放，再次改寫全清潔能源供電的世界紀錄。                

        6月19日，彭博新能源財經(BNEF)發布新一年度全球電力系統長期分析報告《2018新能源市場長期展望》。報告中指出，2018至2050年期間，全球范圍內新增發電裝機投資將達到11.5萬億美元，其中8.4萬億美元用于風電和光伏，另外1.5萬億美元用于水電和核電等其它零排放技術。這些投資將使全球光伏裝機量增長17倍，風電裝機量增長6倍。從現在到2050年，新光伏電站的平準化度電成本(LCOE)將降低71%，而陸上風電的LCOE將降低58%。這兩項技術的LCOE在2009年至2018年期間分別下降了77%和41%。

        光伏行業的發展自然離不開相關的裝備，以下是主要的裝備：多線切割設備、高純度、低耗能太陽能級多晶硅生產設備、單晶硅拉制設備、多晶硅鑄錠裝備、高效電池片及組件制造設備、金屬有機物化學氣相沉積設備、外延層剝離設備、薄膜銅銦鎵硒吸收層共蒸發鍍膜設備、低成本高效原子層沉積緩沖層設備、連續卷對卷多點分布式共蒸法鍍膜設備、自動化集成芯片互聯設備，聚光、柔性、鈣鈦礦、有機等新型太陽電池制造裝備

        作為新材料領域的一顆明珠，碳材料更是出盡風頭，有人曾預言，21世界將是碳時代，下面一起看看碳材料在光伏領域的應用。

金剛石線鋸在光伏領域的應用

硅切片用金剛石線（來自岱勒新材官網）

        太陽能電池在制作過程中一定要經歷切片工藝，切割出的硅片經后續一系列工藝（制絨等）做成晶體硅太陽能電池。由于硅片是電池的主體部分，它的表面質量和整體性能對后續的電池制作工藝和產品質量有著非常明顯的影響，同時，硅片也是電池制作成本構成中的主要部分之一。更薄的硅片意味著更低的電池制作成本，而這些都與硅片切割工藝息息相關。

        當今光伏產業采用的最主要的兩種硅片切割技術為：砂漿線鋸切割技術和金剛石線鋸切割技術，兩者的主要對比如下：

砂漿切割與金剛石線切割對比

資料來源：岱勒新材官網

        雖然砂漿線鋸切割技術在光伏產業得到了廣泛應用，但仍然有很多未解決的難題，如硅屑的回收困難，切割成本依然比較高，切后硅片需要洗去砂漿，同時，砂漿中有聚乙二醇等有機物質，如果處理不好會對環境造成污染等。

        應用金剛石線進行硅切片大大優于傳統切割方式，主要優點如下：

        1、切割速度是砂漿切割的2-3倍;
        2、高投資回報;
        3、在不增加投資的情況下提升產能;
        4、 生產過程中電和水的耗費更低;
        5、無砂漿混合，無需建設砂漿回收系統;
        6、改進的總厚度偏差;
        7、改善翹曲度;
        8、切割表面質量好;
        9、良好的切割精度
        10、無PEG和 SiC 的危險廢物產生;
        11、清潔高效生產。

        金剛石線鋸切割技術采用的依然是多線切割機，與砂漿線鋸切割技術不同點在于所用的切割線的不同，示意圖如下。此技術所用的切割線為表面有一層鎳基合金或樹脂的不朽鋼線，并在鎳基合金或樹脂層中用電鍍、燒結、焊接或粘合等技術固著金剛石顆粒，也就是說此種技術是將磨料與切割線結合在一起，在切割時屬于二體切割。

金剛石線鋸切割技術切割界面示意圖

        金剛石線生產技術工藝復雜，涉及領域較多，制程控制嚴苛，要求技術工人對各個生產環節的技術掌握程度高。作為硬脆材料切割用耗材，其金剛石分布密度、均勻性和固結強度、金剛石切割能力、鋼線的抗疲勞性能等直接決定了硬脆材料切片的質量和成本。下游客戶使用金剛石線時，對切割線速度、耗線量、切割張力、主切速度、切割時間、出片率等指標均有嚴格的要求。隨著金剛線切割技術的進步，其對金剛線產品的性能指標及品質的穩定性要求也在不斷提高，從而對公司生產工藝控制、工人技術水平、原材料質量和產品質量控制水平也提出更高的要求。

        固結磨料金剛石線鋸包括電鍍和樹脂兩種。電鍍金剛石線鋸生產周期長，成本高，對環境污染大。樹脂結合劑金剛石線鋸就是用樹脂作為結合劑把金剛石磨料固定在芯線基體上通過加熱固化或者紫外光以及電子束固化而形成的固結磨料金剛石線鋸，主要由樹脂結合劑、金剛石、填料、鋸絲基體組成。樹脂結合劑金剛石線鋸分為熱固化金剛石線鋸和光固化金剛石線鋸。與電鍍金剛石線鋸相比，樹脂結合劑金剛石線鋸制備工藝簡單，生產周期短，生產成本低；切割過程造成的損傷層在4~7um，電鍍金剛線是8~10um, 有利于切割的薄片化，提高出品率，環境污染小。

        目前國內岱勒新材（長沙岱勒新材料科技股份有限公司）和三超新材（南京三超新材料股份有限公司）在電鍍金剛石線鋸行業都是佼佼者。其中岱勒新材著力于電鍍金剛石線細線化、省線化、高效化發展，開發出了新一代電鍍設備與技術工藝，在硅切割方面,從年初多晶的80um規模化應用提升到年末的70um，單晶從75um提升到65um,，并成功開發出單晶60um以及多晶65um系列產品；以鞏固了公司產品在市場中的競爭地位和領先優勢。

        此外岱勒新材2018年第一季度公司實現營業收入14338.14萬元，較上年同期5,347.73萬元同比增長168.12%，公司產品主要以金剛石線鋸為主；三超新材2018年第一季度公司實現營業總收入13857.53萬元，同比增長250.94%，公司主要產品包含金剛線（85%以上）、金剛石砂輪。

        石墨及碳碳復合材料在光伏領域的應用

        我國光伏發電裝機規模的高速增長及光伏業內的成本壓力給碳碳復合材料應用帶來發展良機。2017年中國光伏裝機容量超過50GW，同比增長43%以上，而截至2017年底，我國多晶硅產量為24萬噸，同比增長23%，進口量為15萬噸，同比增長6.4%。

高純石墨

高純石墨坩堝

        高純石墨是指含碳量大于99.99%的石墨，具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、熱膨脹系數小、自潤滑、電阻系數小及易于機械加工等優點，被廣泛應用于冶金、機械、環保、化工、電子、醫藥、軍工和航空航天等領域，在國民經濟中的地位越來越重要，特別是在光伏產業。

高純石墨生產工藝流程圖

        直拉硅單晶爐、多晶硅鑄錠爐是生產光伏行業硅材料的主要設備，其核心部件均為高純石墨材料，尤其是大尺寸等靜壓高純石墨材料。目前國內光伏領域應用所需高純石墨大部分需要進口，在石墨數量、規格上受到國外嚴格控制，制約著光伏行業的發展。隨著光伏行業的發展，傳統石墨材料也很難滿足直拉硅單晶爐和多晶鑄錠爐生產設備的大型化需要。而C/C復合材料具有良好的熱物理性能，和石墨熱場材料相比，具有非常大的優勢，C/C復合材料保溫件、結構件和發熱體是直拉硅單晶爐和多晶鑄錠爐等光伏設備熱場材料的發展方向。

碳碳復合材料

碳碳復合材料坩堝

眾所周知，碳纖維復合材料根據基材不同，可分為樹脂基復合材料，金屬復合材料，陶瓷基復合材料和碳基復合材料，其中碳基復合材料即為碳碳（C/C）復合材料。它是以碳纖維及其織物或碳氈增強的碳基復合材料，其制備工藝主要有兩種方法：化學氣相法（CVD 或 CVI）和液相浸漬-碳化法。前者是以有機低分子氣體為前驅體，后者是以熱塑性樹脂（石油瀝青、煤瀝青、中間相瀝青）或熱固性樹脂（呋喃、糠醛、酚醛樹脂）為基體前驅體，這些原料在高溫下發生一系列復雜化學變化而轉化為基體碳。

碳碳復合材料工藝流程圖

        C/C復合材料具有低密度、高強度、高導熱性、低膨脹系數，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩定性高等優點，使其成為當今1650℃以上應用的少數備選材料，最高理論溫度高達2600℃，因此被認為是最有發展前途的高溫材料之一。C/C復合材料相比傳統石墨材料具有更優異的保溫性能、更高的強度、更好的韌性，且不易破碎，可有效降低生產能耗、提升設備使用壽命，從而降低整個生產的成本。

        C/C復合材料的可設計性很強，可以根據產品結構需要編織出任意尺寸和形狀的增強體，其在光伏行業的應用主要包括：多晶硅氫化爐用內、外保溫筒、U型加熱器、保溫板，多晶硅鑄錠爐用蓋板、坩堝護板、坩堝底托、保溫板，直拉硅單晶爐用坩堝、導流筒、發熱體、蓋板、底托、內外保溫筒等。

C/C復合材料相關制品

光伏行業用C/C復合材料相關標準

        目前，光伏行業用的 C/C復合材料保溫筒、發熱體、導流筒、坩堝等在中環光伏、西安隆基、保利協鑫、昱輝陽光等企業都有所應用。國內民用領域 C/C 復合材料的生產企業主要有湖南金博碳素股份有限公司、西安超碼科技有限公司、航天睿特碳材料有限公司、煙臺凱泊復合材料科技有限公司、湖南南方搏云新材料有限責任公司、湖南金石新材料有限公司等，主要應用集中在光伏（單/多晶硅制備熱場）和高溫熱處理兩大領域。其中金博碳素已經成為國內C/C復合材料民用領域的龍頭企業。

        據不完全統計，目前國內單晶爐的數量已增加至12000臺以上，多晶硅鑄錠爐 6000臺以上，多晶硅制造過程的反應爐、氫化爐等1000臺左右，而設備的熱場使用壽命都有限，C/C復合材料的高性價比和優異性能使其仍然具有廣闊的市場應用前景。綜合而言，無論是產品性能和使用成本，C/C復合材料熱場比石墨熱場更具有優勢，在一段時間內，大尺寸、低成本、高性能、長壽命的C/C復合材料熱場是發展的方向，而C/C 復合材料制品在光伏行業的應用，有利于企業減少投資成本，提高產品質量和競爭力。

        此外光伏電池生產過程中，絲網印刷的效果將直接影響電池的轉換效率，印刷核心是印刷后銀漿的縱橫比。因此對屏幕，銀漿和刮刀的要求越來越高。閘線的要求越來越精細，從最初的60um進入目前的30um，甚至更細；而碳纖維刮刀的輕量化作用，可以做到更精細。碳纖維輥可以用于光伏膜的生產、分切中。傳統的金屬輥筒，自身重量大，機器啟動速度慢，慣性大，不僅耗能多、原料損耗大，對生產效率也產生一定的影響。而碳纖維輥具備輕量化、不易磨損、壓力均勻、易調節、高精度等優點。

碳纖維刮刀（左）和碳纖維輥（右）