2023年8月,江西聯創光電超導應用有限公司與甯夏某家專業從事研發與生産光伏單晶矽棒與半導體矽棒的企業簽訂合作協議。基于雙方前期已就高溫超導磁控矽單晶生長爐開展合作研發,且研發進度符合預期,已取得階段性成果,總體進展順利。

本次合作的主要内容是結合該企業生産和研發的實際需求,推進該企業的光伏單晶矽産品由P型向N型轉化,以滿足光伏電池市場對高質量矽單晶的需求,實現技術及産品升級。

目前該企業已開始布局矽單晶的技術及産品升級,實現磁控N型光伏矽單晶規模化生産,預計2024年到2025年,矽單晶生長爐升級改造對高溫超導磁體的需求約300台。2024年将爲該企業交付第一批不少于50台。

相較于永磁體、常規電磁鐵,超導磁體由于其低能耗、快速響應控制、磁場強度高、均勻性好等優點,被公認爲适用于光伏N型及半導體矽單晶制備的最佳方案(體積可縮小爲1/5,重量縮小爲1/10,可降低電耗20%,提高30%以上的成品率)。目前市場上已經出現采用低溫超導磁體的産品,但均需工作在液氦溫區,有的還需要浸泡液氦。然而,用高溫超導材料制作大口徑傳導式磁體,工作在20-30K溫區,無需任何低溫液體冷媒,制冷成本低(一台制冷機即可滿足制冷需求),可以滿足大尺寸(6-12in及以上)、高品質單晶矽生長所需的磁場強度要求(水平方向0.5T),有效抑制熔體對流、熔面溫度起伏、降低矽單晶中間隙氧濃度、提高摻雜物的徑向均勻性,提高大尺寸矽單晶的質量。目前國内高溫超導帶材應用領域不斷擴大,産業化規模極速放大趨勢明顯,在全球的激烈競争态勢下,國産帶材廠商良率大幅提升、市場空間快速打開、紛紛大幅擴産,帶材價格已經呈現出短期大幅下降的趨勢,這将快速實現高溫超導磁體的大幅降本,從而在該領域達到高溫超導磁體售價低于低溫超導磁體的狀态。

目前,超導磁場已廣泛應用于半導體12英寸大矽片生長領域,而伴随着市場對光伏矽片轉換效率要求的不斷提升,光伏N型電池級矽片有望主導未來的市場需求,這對材料品質提出更高要求,低氧、高少子壽命、高阻成爲矽片發展趨勢,光伏制造開啓半導體工藝時代,技術壁壘不斷提升,将助力超導磁場加速導入光伏矽片産業。據統計,未來3-5年内,全球範圍内(主要市場在中國)N型半導體的單晶爐總需求達到5萬-10萬台。

此次合作協議的達成,也标志着高溫超導磁體技術在矽單晶生長爐領域走出了商業化的第一步,是繼高溫超導在感應加熱領域成功應用之後,在工業生産領域的又一次成功應用。