中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（一）
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- 分類：鎢新聞
- 發佈於：2022-07-05, 週二 17:13
- 作者 Zhenghua
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中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究
目 錄
第十章 鎢絲金剛線的生產成本
第十一章 鎢絲金剛線行業前景
第十二章 鎢絲生產企業概覽
第十三章 鎢絲母線金剛絲市場格局預測
附件：
鎢絲生產設備廠商大全
金剛線-鎢絲發展簡史
鎢絲金剛線切用途全景
第一章 太陽能、光伏和鎢絲的基本概念
在工業和資訊化部指導下，由中國光伏行業協會、賽迪智庫積體電路研究所組織專家編制的《中國光伏產業發展路線圖》2021年版於2022年2月23日發佈，根據該文提供的權威統計資料和基本思路，中鎢在線對中國金剛線（絲）母絲用鎢絲的發展背景，即中國光伏行業近年極速發展和在全球的地位等做一個概括性的瞭解。
光伏產業鏈分為上游為矽料、矽片環節，包括矽料、多晶矽鑄錠和單晶矽拉棒、切片；中游為電池片、電池組件環節，包括電池片、電池組件和下游應用系統，如集中式和分散式光伏發電站等6個主要環節，從全球範圍來看，產業鏈6個環節所涉及企業數量依先後次序大幅增加，光伏市場產業鏈呈金字塔形結構。
中國光伏製造業位居世界第一，2021年光伏發電並網裝機容量達到3.06億千瓦，連續7年蟬聯世界第一。在減碳和碳中和目標背景下，中國相關的新能源產業鏈充分受益，疊加2022年光伏產業鏈上游供需緊張情況得到逐步緩解，光伏行業景氣度持續向上。
根據不完全統計，2022年上半年，中國光伏新增裝機規模超預期，終端需求旺盛。今年以來，支持光伏行業發展的政策持續出臺，光伏是新能源新基建的重要一環，大基地集中式電站和分散式光伏項目共同推進，未來光伏新增裝機容量有望繼續提升，產業鏈景氣度將維持相當長的一段時間。在俄烏衝突導致的能源價格節節攀升的情況下，上游矽材料價格將因巨大的市場需求居高不下，這就為後續加工環節改進技術、節省矽料、提高效率提供了投資動力和利潤空間。
本章將就本調研主要涉及三個主要行業和四種材料做簡單的闡述。本調研主要涉及光伏電池/太陽電池、矽材料、金剛線（金剛石、碳鋼絲）、鎢絲，涉及三個行業，即光伏行業中的矽片切割行業、金剛絲製造和鎢製品行業中的鎢絲加工業。
1. 太陽電池
光伏產業是半導體技術與新能源需求相結合而衍生的新型產業。在各種可再生能源中，太陽能以其清潔、安全、取之不盡、用之不竭等顯著優勢，已成為發展最快的可再生能源。大力發展光伏產業，對調整能源結構、推進能源生產和消費革命、促進生態文明建設具有重要意義。中國已將光伏產業列為國家戰略性新興產業之一，在產業政策引導和市場需求驅動的雙重作用下，中國的光伏產業實現了快速發展，已經成為我國為數不多可參與國際競爭並取得領先優勢的產業；西方主要發達國家也正在把太陽能的開發利用作為能源革命的長期規劃，光伏產業正日益成為國際上繼IT、微電子產業之後又一爆炸式發展的行業。
光激發使半導體材料產生電子-空穴對並為PN結分離而形成電勢的形象，稱為光生伏特效應（Photovoltaic Effect）。太陽電池就是利用這類半導體材料具有的光生伏特效應將太陽能轉換為電能的。太陽電池主要是通過串聯和並聯以獲得所需的電壓和電流來作為電源使用。分為空間用和地面用兩種，空間用主要要求品質輕、轉換效率高、耐輻射等；地面用則要求轉換效率高、成本低廉。太陽電池產品已廣泛應用於通信、照明、交通信號、航標燈、家用電器、陰極防護、遙控儀器、水泵、消費性商品（如計算器、電子錶）等領域，單晶矽太陽電池及砷化鎵太陽電池還作為人造衛星的空間電源使用。
世界上主要太陽電池的效率與生產情況
用作太陽電池的材料有矽單晶、矽多晶（見半導體矽材料）、砷化鎵單晶、磷化銦單晶、銻化鎵單晶以及非晶矽薄膜（見非晶半導體材料）、銅銦錫（見化合物半導體材料）、碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜等。
2. 光伏矽材料
矽（Silicon）是最主要的元素半導體材料，包括矽多晶、矽單晶、矽片、矽外延片、非晶矽薄膜等，可直接或間接用於製備半導體器件。矽為週期表中Ⅳ族元素，在地殼中主要以二氧化矽和矽酸鹽的形式存在。矽的原子量為28.05，25℃下密度為2.329g/cm3，具有灰色金屬光澤，較脆，硬度6.5Mohs，稍低於石英，熔點1410℃，在熔點時體積收縮率9.5%。矽有結晶態和非晶。常溫下矽單晶介電係數11.7，對光具有高的折射率（n=3.42），反射損失較大，塗以適當減反射膜可大大提高透過率。
純矽固體可以無定形、多晶和單晶三種形態存在。當矽晶體由若干取向不同的小單晶顆粒組成時稱為多晶矽，與單晶矽相比，多晶矽沒有固定晶向，結構完整性差，多數器件用單晶矽製作；用氫還原或矽烷熱分解等方法制得的多晶矽棒主要用來拉制單晶矽的原材料。
2.1 結晶態矽材料
結晶態矽材料是先將矽石材（SiO2）高溫還原為純度95%～99%的冶金級矽後將其變為矽的鹵化物或氫化物，提純後制得純度很高的矽多晶。由於大多數半導體器件使用高完整性矽單晶，因此須再制得矽單晶，業界約90%採用直拉矽單晶的方法生產矽單晶。直拉矽主要用於積體電路和電晶體，積體電路用直拉矽單晶技術要求嚴格，是自成一體的積體電路用矽單晶；區熔矽則主要用於製作電力電子元件，純度極高的區熔矽還用於射線探測器。矽單晶錠需經切片、研磨或拋光後供給器件生產使用，某些器件還要求在拋光片上生長一層矽外延層，稱為矽外延片。
2.2 多晶矽
製造太陽電池用多晶矽用鑄錠法製備，有定向凝固法和澆鑄法。定向凝固法是將矽料在坩堝中熔融，後將坩堝從熱場中逐漸降溫或從坩堝底部通冷源造成一定的溫度梯度，使固液介面從坩堝底部向上移動形成晶錠。澆鑄法是將熔化後矽液從坩堝中倒入模具中以形成晶錠，再將矽錠切成方形矽片做太陽電池，一般矽片尺寸為100×100mm，平均晶粒為毫米級；也有省去切片降低成本的熔融矽液直接生長出矽帶的方法。
近年來用化學氣相澱積法生長的多晶矽膜得到了廣泛的應用,它具有一些獨特性質，非摻雜多晶矽有106～107Ω·cm的電阻率，半絕緣多晶矽的電阻率可高達010～1011Ω·cm。多晶矽的電阻率比單晶矽高，晶粒間界的存在可以減少載流子濃度、降低其遷移率、使雜質擴散係數增大。多晶矽膜被廣泛地用於積體電路中作為器件間的介質隔離、槽填充支持體、半絕緣多晶矽可用作鈍化膜，提高器件穩定性和可靠性。在MOS電路中，用摻雜多晶矽作柵極比用鋁作柵極可提高集成度，此外還可用多晶矽製作低成本的太陽能電池等。
2.3 單晶矽
單晶矽是經過多道還原提純工序制取的具有一定電阻率和完美晶格的超高純金屬矽，它是製備半導體矽片的重要基材。單晶矽制取一般採用直拉法和區熔法將經過蒸餾、還原提純後的多晶矽進一步提純、摻雜製成單晶矽。空間應用多使用區熔矽單晶，地面應用則使用直拉矽單晶。為了降低成本多使用一般矽單晶的廢料或低檔次的矽多晶，一般拉成電阻率為0.5～5Ω·cm的單晶，再進行切片。
2.4 半導體矽材料
半導體矽材料（Semiconductor Silicon）是最主要的元素半導體材料，包括矽多晶、矽單晶、矽片、矽外延片、非晶矽薄膜等，可直接或間接用於製備半導體器件。
3. 線鋸
高硬脆材料的特點是自身硬度很高、脆性高、加工難度大、加工過程中易斷裂。上世紀80年代前，高硬脆材料一般採用塗有金剛石微粉的圓鋸切割；隨著光伏和半導體行業的快速發展，內圓鋸切割的切縫大、材料損耗多等問題逐漸顯現，更為難以克服的是高硬脆材料的切割尺寸的限制；幾項因素使得傳統圓鋸切割手段生產成本很難降低。
有別于傳統鋼片切割、帶鋸片切割、內外圓鋸片切割方法，線鋸屬於柔性刀具，指利用繩鋸木斷的原理設計出來的一種對脆硬材料進行切割的鋸，又稱繩鋸。在鋸切特性方面，可用以進行曲線或不規格形狀的鋸切加工；在鋸切物件方面，可進行石材、玻璃、纖維織物等硬脆材料的鋸切，同時還應用於矽晶體、半導體等精密材料的切片加工，是一種高效、精密的鋸切工具。
線鋸按其運動形式可分為：直線型線鋸和環形線鋸。直線型線鋸又稱往復式線鋸，因此在鋸切過程中，線鋸需要頻繁改變方向；環形線鋸又稱單向式線鋸，其線鋸絲首尾相接成環形，在漲緊機構以及導輪的作用下實現鋸線單方向地連續運動。
固結磨粒金剛石線鋸基體的原則主要以直徑小和強度高為主，常採用金屬絲作為基體，如琴鋼絲、普通鋼絲、碳鋼絲和不銹鋼絲等不同的線鋸基體，也叫線鋸母絲，根據線鋸基體母絲不同，固結磨粒金剛線鋸初期以碳鋼絲金剛線鋸為主，2019年開始，主要的線鋸生產企業，如美暢股份和主要的光伏切片企業，如隆基股份，開始嘗試使用鎢絲基體的金剛線鋸。在國際上，日本松下更早於中國開始測試鎢絲基體母絲的金剛線鋸技術。
3.1 游離磨料線鋸
根據石材、纖維板等硬脆材料進行鋸切加工技術，發展出游離式磨粒線鋸的磨粒和鋸絲，磨粒是貯存在漿料池中或由研磨液噴嘴噴出，由此被一定速度運動的鋸線帶入到切割區域中，而磨粒則以研磨加工的方式垂直作用在加工表面上，依靠磨粒的滾壓嵌入作用去除材料，進而在切割面上產生較深的表面裂紋，並以此完成對材料的切片/鋸切加工，但由於游離式磨粒線鋸的切割裝置以及切割機理的固有缺陷，游離式磨粒線鋸在鋸切加工中，材料表面品質以及損傷不易控制、殘餘應力以及切口損耗較大，存在磨粒漿料回收、漿料污染問題，因而游離磨料線鋸切片加工脆性材料存在鋸切時間長、切割效率低、環境污染嚴重等缺點。
20世紀90年代中期開始，切縫窄、切割厚度均勻且翹曲度較低的游離磨料砂漿線鋸切割逐步發展起來。游離磨料砂漿切割以強度大的碳鋼絲為基本切割主體，輔以高硬度磨料，如莫氏硬度為9.5的碳化矽作為切割刃料，主體鋼線在高速運動中帶動切割液和碳化矽混合的砂漿進行摩擦，利用碳化矽的研磨作用達到切割效果。
游離磨料砂漿切割在工業切割領域表現穩定，在光伏及半導體行業矽片切割領域很快得到廣泛應用。砂漿切割儘管較圓鋸切割加工效率和品質高很多，但加工效率仍有待提高、被加工材料硬度較大，如硬質合金等效率更低，不斷加注和排出的游離磨料和加工廢屑的環境污染問題日趨嚴重且很難規避和進行淨化處理。
3.2 固結磨粒線鋸
2015年起固結磨粒線鋸金剛線鋸切割技術進入脆硬材料切割領域，並快速替代砂漿切割生產模式，成為光伏行業晶矽切片的主流切割工藝。
固結磨粒線鋸是線鋸的一種，是指磨粒固結在鋸線基體上從而可以與鋸線具有相同的運動速度，以此進行材料的鋸切加工；固結磨粒線鋸是時下切割脆硬材料的主流方法。固結磨粒線鋸是相對於游離式磨粒線鋸來說的，具有環保、清潔生產、加工精度高、切口損耗低等優點，適合於矽晶體、半導體等精密材料的鋸切加工。固結磨粒線鋸技術從最初的口袋鋸、串珠鋸技術逐漸發展到焊接方法、樹脂固化法、電鍍法等方式固結磨粒的專項技術。
固結磨粒線鋸切割相較游離砂漿線鋸切割，具有以下幾項較大優勢：
（1）固結磨粒金剛線強度更大，使用壽命更長，大幅降低單位線耗成本；
（2）換線次數少、線徑更細而提高被切割材料利用率，大幅降低切割損耗；
（3）強度大，金剛石固結可以提高切割速度，適度加大金剛線張力提升切割效率；
（4）固結金剛石線鋸大幅減少游離磨料砂漿碳化矽的損耗和砂漿廢料處理環保問題。
3.3 樹脂結合劑固結磨粒線鋸
樹脂結合劑固結磨粒線鋸是採用樹脂塗覆固化工藝製作的線鋸，這種線鋸生產工藝簡單、製造成本低，用這種線鋸進行切割加工的工件表面品質較好，加工過程環境友好度高；這種線鋸本身固有的問題是磨粒固化程度弱、把持強度低、耐磨性、耐熱性低，使用壽命也相對較低。
3.4 電鍍固結磨粒線鋸
電鍍固結磨粒線鋸是用電鍍的方法在金屬絲（線）上沉積一層可以同時固結磨料製成的一種線性超硬材料工具。以金剛石電鍍線鋸為例，加工時，向鍍液中添加選定粒徑的金剛石磨粒，當鍍液中的金屬離子陰極還原成金屬，如Ni或Ni-Co合金等沉積線上鋸基體上時，金剛石微粒被包覆進入鍍層而製成的一種線性超硬線鋸材料。金屬鍍層是基體與金剛石磨粒的結合劑，金剛石磨粒未包覆的部分用於切削加工。
3.5 金剛石線鋸
不論是樹脂結合劑固結磨粒線鋸還是電鍍固結磨粒線鋸，只是加工線鋸的方式不同，如果磨料採用金剛石（人造）顆粒、微粒，不論碳鋼線還是鎢絲基體母絲與金剛石磨粒的結合的線鋸都稱之為金剛石線鋸。金剛石線鋸是一種對硬脆性材料進行精密、窄縫切割的技術，固結磨粒金剛石線鋸以切割速度快、耗材成本低及環保等優點被廣泛應用於半導體和太陽能電池矽材料的切割加工中。
電鍍法製造的金剛石線鋸具有以下優點：
（1）切削量少，切面光潔度高，鋸縫整齊，出材率高，適合寶石、水晶等硬脆材料加工；
（2）線鋸切割速度高，適應高速啟動急速暫停的往復切割，效率高，節能環保，噪音小；
（3）加工材料不受尺寸和形狀限制，大規格、小尺寸等各類硬脆材料皆可加工，且曲面加工和小孔的研磨修整均可實現。
4. 金屬鎢絲
4.1 金屬鎢絲
鎢是高原子序數材料，具有高密度、高熔點、高硬度、熱膨脹係數小、抗腐蝕、抗氧化、抗高溫以及導電導熱等優異性能，已在航空航太、電子資訊、冶金化工等領域得到廣泛的應用。鎢及鎢合金經過冷軋、熱軋、擠壓、旋鍛等工序形成的鎢絲具備更高的強度和韌性，成為了切割行業最具前景的候選材料之一。
鎢絲是金屬鎢條或摻雜鎢條在垂熔、鍛打、連續改拉後製成的鎢金屬絲。鎢絲的發明主要是為了解決傳統照明白熾燈發光體問題，也由於鎢絲的硬度和強度良好而應用於切割、發熱、導電等用途。自1903年鎢絲問世以來，除少量用作高溫爐的發熱材料、電子管的熱子和複合材料的加強筋等外，絕大部分鎢絲都用於製作各種白熾燈和鹵鎢燈的燈絲以及氣體放電燈電極。
4.2 鎢絲基體母絲
近年來，隨著光伏行業中矽片切割薄片化發展趨勢的推動，鎢絲對比傳統鋸絲更細的線徑與更佳的柔軟性引起了人們的興趣，今年以來，岱勒新材、廈門鎢業、中鎢高新等行業龍頭企業先後推進光伏用鎢絲的技術改革與擴產專案，擬搶佔具有巨大發展前景的光伏、半導體等領域需求市場。
4.3 中鎢在線鎢絲母絲
2021年底，中鎢在線及其子公司中鎢智造科技有限公司聯合具有多年鎢絲生產能力的業內合作夥伴，進行金剛線用基體母絲適用性測試和研究，同時，中鎢在線也不斷與金剛線加工業者合作測試鎢絲金剛線鋸的性能，並取得了較好的測試結果。因此，中鎢在線熱忱歡迎各界聯合進行鎢絲母線的各種形式的合作。
中鎢在線的傳統鎢絲資訊已經上傳至我們的專業鎢絲網站（www.tungsten-wire.com.cn），部分金剛線鎢絲母絲資料會列示於中鎢智造網站（www.ctia.com.cn）上。任何需求與合作意願，請直接聯繫我們！
關於金屬鎢、金屬鎢絲及其理化性能，可以訪問中國鎢協網站（www.ctia.net.cn）、中鎢在線網站（news.chinatungsten.com），也可以訂閱“中鎢在線”微信公眾號，每天可以收到最新的鎢鉬材料市場訊息和價格，同時中鎢在線也會積極跟蹤鎢絲金剛線和光伏切割資訊，密切關注中鎢智造、中鎢高新、廈門鎢業有關資訊和鎢絲母絲市場價格。
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究》第一章概述了涉及光伏行業金剛線鎢絲母絲的主要概念，為第二章開始陸續展開的光伏行業概況和對金剛線的需求趨勢拉開序幕。
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究》是中鎢在線、中鎢智造2022年上半年推出的大型鎢製品行業專業調研文獻，內容主要涉及光伏行業金剛線用的鎢絲母絲發展歷史、生產技術、成本和價格因素等。該文將在“中鎢在線”微信連續發佈部分內容，敬請關注。
全文閱讀/下載，請聯繫中鎢在線（info@chinatungsten.com）。
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（一）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（二）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（三）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（四）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（五）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（六）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（七）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（八）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（九）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（十四）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（十五）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（十六）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（十七）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（十八）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（十九）》
《中國光伏行業金剛線用鎢絲市場研究（二十）》
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