Развитие солнечной промышленности

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ

À. Â. ÍÀÓÌÎÂ

Ïåðåïå÷àòàíî èç æóðíàëà «Èçâåñòèÿ âóçîâ. Ìàòåðèàëû ýëåêòðîííîé òåõíèêè», ¹ 1`2007

Ðîññèÿ, ÎÎÎ «ÊÂÀл

ÅÙÅ ÐÀÇ Î ÐÀÇÂÈÒÈÈ ÑÎËÍÅ×ÍÎÉ ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÈ È ÐÛÍÊÅ ÊÐÅÌÍÈÅÂÎÃÎ ÑÛÐÜß Â 2007—2010 ãã.

Çà ïîñëåäíèå äâà ãîäà êàðäèíàëüíî èçìåíèëîñü ïîëîæåíèå â ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêå.  2005 ã. ïðîèçâåäåíî ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé (ÔÝÏ) ñóììàðíîé ìîùíîñòüþ 1656 ÌÂò (â òîì ÷èñëå 1500 ÌÂò íà êðåìíèè, 165 ÌÂò íà äðóãèõ ìàòåðèàëàõ; ðîñò îáúåìà ïðîèçâîäñòâà ñîñòàâèë 30 % ïî îòíîøåíèþ ê 2004 ã.).  2006 ã. ïðîèçâåäåíî 2400 ÌÂò (ðîñò ïðîèçâîäñòâà — 45 %). Ïîñëå 2004— 2005 ãã. ñîëíå÷íàÿ èíäóñòðèÿ ñòàëà ðàçâèâàòüñÿ áûñòðûìè òåìïàìè. Îáùèé âàëîâûé äîõîä îòðàñëè (ñ ó÷åòîì âíóòðèîòðàñëåâûõ ïðîäàæ) â 2005 ã. ñîñòàâèë ~12 ìëðä. äîë. ÑØÀ, à îáùàÿ óñëîâíî ÷èñòàÿ (äî óïëàòû íàëîãîâ) ïðèáûëü — ~2,7 ìëðä. äîë. ÑØÀ.  2006 ã. îáùèé âàëîâûé äîõîä ñîñòàâèë ~19 ìëðä. äîë. ÑØÀ, à óñëîâíî ÷èñòàÿ ïðèáûëü — ~5,7 ìëðä. äîë. ÑØÀ. Ñëåäñòâèåì ýòîãî áóìà ÿâèëñÿ ñîõðàíÿþùèéñÿ äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè äåôèöèò èñõîäíîãî ñûðüÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé — ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ [1—4]. Äàííàÿ ðàáîòà ÿâëÿåòñÿ ïðîäîëæåíèåì ðàíåå îïóáëèêîâàííîé [5] è ñòàâèò öåëüþ ðàññìîòðåíèå ðàçíûõ ñöåíàðèåâ ðàçâèòèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè íà ïåðèîä 2007—2010 ãã. Òàêæå ïðåäïðèíÿòà ïîïûòêà îïðåäåëåíèÿ îïòèìàëüíûõ ñðîêîâ äëÿ ðåàëèçàöèè îòå÷åñòâåííûõ ïðîåêòîâ ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ. Îáùèå ïîëîæåíèÿ Èçâåñòíî, ÷òî â íàñòîÿùåå âðåìÿ âñå ïðîèçâåäåííûå ÔÝÏ ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå êàòåãîðèè: — ÔÝÏ íà îñíîâå êðèñòàëëè÷åñêîãî Si — ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèå ñëèòêè êðåìíèÿ (~35 % âñåõ ÔÝÏ), ìóëüòèêðèñòàëëè÷åñêèå ñëèòêè êðåìíèÿ (~56 %) è ëåíòû êðåìíèÿ (~4 %); — ÔÝÏ íà îñíîâå ïðî÷èõ ìàòåðèàëî⠗ ïëåíêè α-Si, CdTe, CuInSe2 (èëè CIS) ~5—8 % ÔÝÏ. 8

Áîëåå ÷åì íà 90 % ñîëíå÷íàÿ ýíåðãåòèêà áàçèðóåòñÿ íà ïîëóïðîâîäíèêîâîì êðåìíèè è â ñèëó ýòîãî ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè, èìåÿ îáùóþ ñ íåé áàçó â âèäå ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ («ýëåêòðîííîãî» èëè «ñîëíå÷íîãî» êà÷åñòâà). Óäåëüíûé âåñ «ñîëíå÷íîãî» êðåìíèÿ â îáùåì âûïóñêå ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ðàñòåò, è, ïî-âèäèìîìó, îáùàÿ ñèòóàöèÿ åùå äîëãî áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ íàëîæåíèåì öèêëîâ ïîòðåáëåíèÿ «ýëåêòðîííîãî» è «ñîëíå÷íîãî» êðåìíèÿ. Áîëüøèíñòâî ïðîãíîçîâ ðàçâèòèÿ ñïðîñà è ïîòðåáëåíèÿ íà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé äî 2010—2011 ãã. ñòðîèòñÿ èñõîäÿ èç ñëåäóþùèõ ôàêòîðîâ: — îæèäàåìûõ òåìïîâ ðîñòà ïîòðåáëåíèÿ ýëåêòðîííîãî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ; — îæèäàåìûõ òåìïîâ ðîñòà ïîòðåáëåíèÿ ñîëíå÷íîãî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ; — çàÿâëåííûõ ïðîèçâîäèòåëÿìè òåìïîâ ðîñòà âûïóñêà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ. Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåí òèïè÷íûé ïðîãíîç ðàçâèòèÿ ðûíêà [1]. Íåäîñòàòêîì òàêîãî ïîäõîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî íåëüçÿ îòâåòèòü íà âîïðîñ: íå áóäåò ëè òîò ïðîãíîçèðóåìûé äèñáàëàíñ, êîòîðûé äîëæåí ñîõðàíèòüñÿ â 2010—2011 ãã., âîñïîëíåí êàêèìè-ëèáî èíûìè ñïîñîáàìè? Íàïðèìåð, ñíèæåíèåì íîðì ðàñõîäà íà ïðîèçâîäñòâî ÔÝÏ íà îñíîâå êðèñòàëëèÎáúåì ïîòðåáëåíèÿ (ïðîèçâîäñòâà), òûñ. ò

Íà îñíîâå ïóáëèêàöèé ïîñëåäíèõ ëåò ïðîäîëæåí (ñì. Íàóìîâ À. Â. // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4, ñ. 3—8) îáçîð ñîâðåìåííûõ ïëàíîâ ïðîèçâîäñòâà ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, ðàññìîòðåíû ðàçíûå âîçìîæíûå ñöåíàðèè ðàçâèòèÿ îòðàñëè äî 2010 ã.

100 80 60

Ñîëíå÷íàÿ ýíåðãåòèêà Ìèêðîýëåêòðîíèêà Äèñáàëàíñ ìåæäó ïðîèçâîäñòâîì è îæèäàåìûì ïîòðåáëåíèåì Âûïóñê ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ

40 20 0 –20 2005

2006

2007

2008 Ãîäû

2009

2010

2011

Ðèñ. 1. Îöåíêà ðàçâèòèÿ ïîòðåáíîñòè ðûíêîâ ýëåêòðîíèêè è ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè è âûïóñêà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ (èñòî÷íèê — SINTIF Materials, ECN)

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 4

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ

íàêî â ñëó÷àå ãëîáàëüíîãî ñïàäà ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè êîíå÷íàÿ ïðîäóêöèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè — ñîëíå÷íûå ñòàíöèè — âðÿä ëè íàéäåò ñâîèõ ïîêóïàòåëåé [2, 3, 5]. Âñå äàëüíåéøèå ðàññóæäåíèÿ èñõîäÿò èç óìåðåííîãî ïðîãíîçà ðàçâèòèÿ ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè (ïëàâíîå ñíèæåíèå òåìïîâ ðîñòà äî 3—4 % â ãîä) è «îïòèìèñòè÷åñêîãî» ïðîãíîçà ðàçâèòèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè (ðîñò ïðîèçâîäñòâà ñäåðæèâàåòñÿ òîëüêî ïðåäëîæåíèåì ñûðüÿ). Ðîñò âûïóñêà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ Âñå ñóùåñòâóþùèå ïðîèçâîäèòåëè ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ — HEMLOCK, Wacker Chemie, MEMC (ÑØÀ è Èòàëèÿ), Tokuyama Soda è äðóãèå — îáúÿâèëè î ïëàíàõ ñóùåñòâåííîãî ðîñòà îáúåìîâ âûïóñêà. Åñëè â 2005 ã. (ïî ðàçíûì äàííûì) áûëî ïðîèçâåäåíî 30—34 òûñ. ò ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, òî ê 2010 ã. îáùèé âûïóñê ýòîãî ìàòåðèàëà îæèäàåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 85 äî 120 òûñ. ò (ðîñò â ~2,7—3,5 ðàçà). Ðàçëè÷íûå âàðèàíòû ïðîãíîçîâ ðîñòà ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2 [7—9]. 120 Îáùèé âûïóñê, òûñ. ò

÷åñêîãî êðåìíèÿ, ðîñòîì ïðîèçâîäñòâà ÔÝÏ íà îñíîâå èíûõ ìàòåðèàëîâ, ïîÿâëåíèåì äîïîëíèòåëüíîãî êîëè÷åñòâà êðåìíèÿ íà ðûíêå îò íîâûõ ïðîèçâîäèòåëåé è ïð. Åñëè óïîìÿíóòûé äèñáàëàíñ áóäåò âîñïîëíåí òàêèìè èñòî÷íèêàìè, òî ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ðûíîê ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè â öåëîì îêàæåòñÿ ñáàëàíñèðîâàííûì è öåíà íà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé ïîéäåò âíèç. Ïîýòîìó, ðàññìàòðèâàÿ âîçìîæíûå ïóòè ðàçâèòèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè, íåîáõîäèìî òàêæå ó÷åñòü ñëåäóþùåå: — ðîñò ïðåäëîæåíèÿ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ èç âñåõ òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíûõ èñòî÷íèêîâ; — ïðîãðåññ â îáëàñòè ðàñõîäà êðåìíèÿ äëÿ ÔÝÏ íà êðèñòàëëè÷åñêîé îñíîâå; — ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ äðóãèõ ÔÝÏ (òîíêîïëåíî÷íûå íà CdTe, CuInSe2, AlllBV). Ýòî ïîçâîëèò, îöåíèâ îæèäàåìûé âûïóñê ïîëèêðåìíèÿ (ñîëíå÷íîãî è ýëåêòðîííîãî) ê 2010 ã., ðàññ÷èòàòü ñóììàðíûé âîçìîæíûé âûïóñê ÔÝÏ è ñðàâíèòü ýòó âåëè÷èíó ñ ðàíåå äîñòèãíóòîé äèíàìèêîé ðàçâèòèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè. Òàêèì îáðàçîì, êîñâåííî ìîæíî áóäåò îöåíèòü, îñòàíåòñÿ ëè ðûíîê ñûðüÿ íåñáàëàíñèðîâàííûì èëè íåò. Äèíàìèêà ðàçâèòèÿ ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè è ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè Îïòèìèñòè÷íûé âçãëÿä. Âî-ïåðâûõ, åñëè â ïåðèîä 2007—2010 ãã. òåìï ðîñòà ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè áóäåò ïðåâûøàòü 15 % â ãîä, òî íèêàêèõ óñèëèé ïðîèçâîäèòåëåé ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ íå õâàòèò äëÿ òîãî, ÷òîáû óäîâëåòâîðèòü ýòîò òåìï è îäíîâðåìåííî ñîõðàíèòü ðîñò ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè. Âïðî÷åì, ýëåêòðîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü, âåðîÿòíåå âñåãî, âîøëà â ôàçó çàâåðøåíèÿ î÷åðåäíîãî öèêëà ðàçâèòèÿ, è ýòîò âàðèàíò ìàëîâåðîÿòåí. Êðîìå òîãî, äåéñòâèå èçâåñòíîãî çàêîíà Ìóðà, ñîãëàñíî êîòîðîìó ÷èñëî ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ â èíòåãðàëüíûõ ñõåìàõ íà åäèíè÷íûé êðèñòàëë óâåëè÷èâàåòñÿ ýêñïîíåíöèàëüíî ñî âðåìåíåì, óäâàèâàÿñü êàæäûå 2—3 ãîäà, ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïîòðåáëåíèå ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ äëÿ ýëåêòðîíèêè ðàñòåò ìåäëåííåå, ÷åì ðàçâèòèå ñàìîé ýëåêòðîíèêè â öåëîì [6]. Âî-âòîðûõ, ðûíîê ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè, ïî ìíåíèþ àíàëèòèêîâ [4], â ïåðèîä 2007—2010 ãã. îñòàíåòñÿ äàëåêèì îò íàñûùåíèÿ: ñåãîäíÿ îáùèé ñïðîñ íà ÔÝÏ, ïðîèçâîäÿùèå ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ ïî öåíå 3,50—4,50 äîë. ÑØÀ/Âò, ñîñòàâëÿåò 5,0 ÃÂò ïðè ïðîèçâîäñòâå â 2006 ã. ~2,4 ÃÂò.  2008 ã. îæèäàåòñÿ ñïðîñ îò 8,0 äî 10,0 ÃÂò ïðè îæèäàåìîì ïðîèçâîäñòâå 5,0 ÃÂò. Ïåðåïðîèçâîäñòâî ðûíêó äî 2010 ã., âåðîÿòíî, íå ãðîçèò. Ïåññèìèñòè÷íûé âçãëÿä. Ñóùåñòâóåò âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî â 2007—2010 ãã. è ãëîáàëüíàÿ ýêîíîìèêà, è ýëåêòðîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü ïåðåæèâóò ñïàä. Åñëè â ðàññìàòðèâàåìûé ïåðèîä ïðîèçîéäåò ðåçêèé ñïàä ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè, ïîäîáíûé ñïàäó 1997 è 2001 ãã., òî íà ðûíêå ñîëíå÷íîãî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ïîÿâèòñÿ ïðåäëîæåíèå ìàòåðèàëà â êîëè÷åñòâå, äîñòàòî÷íîì äëÿ ðåàëèçàöèè ëþáîé äèíàìèêè ðîñòà ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè. Îä-

100

1 2 3

80 60 40 20 0

2006

2007

2008 Ãîäû

2009

2010

Ðèñ. 2. Ïðîèçâîäñòâî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ â 2006 ã. è ïðîãíîç äî 2010 ã.:

1 — ïåññèìèñòè÷íûé ïðîãíîç; 2 — óìåðåííûé; 3 — îïòèìèñòè÷íûé

Ïûòàÿñü áîëåå òî÷íî îïðåäåëèòü ñèòóàöèþ, î÷åâèäíî, ñòîèò ó÷åñòü ñëåäóþùèå ñîîáðàæåíèÿ. 1. Ñûðüåâàÿ áàçà. Äëÿ ñîçäàíèÿ ïðåäïðèÿòèÿ äëÿ âûïóñêà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè íóæíû òîëüêî âðåìÿ (12— 36 ìåñ.) è äåíüãè (250—500 ìëí. äîë. ÑØÀ). Ñûðüå äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ — ýòî êðåìíèé, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ âòîðûì ïî ðàñïðîñòðàíåííîñòè ýëåìåíòîì íà Çåìëå. Òåõíè÷åñêèé (ìåòàëëóðãè÷åñêèé) êðåìíèé (Simg > 98,5 %), ïîëó÷àåìûé âîññòàíîâëåíèåì SiO2 óãëåðîäîì ïî ðåàêöèè SiO2 + + Ñ → Simg + CO2, ñëóæèò èñõîäíûì ñûðüåì. Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî ê 2010 ã. áóäåò ïðîèçâåäåíî ïî òðàäèöèîííûì òåõíîëîãèÿì ~65—70 òûñ. ò ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òàêîãî êîëè÷åñòâà ñûðüåì ïîòðåáóåòñÿ óâåëè÷èòü ïðîèçâîäñòâî SiHCl3 (TXC) â ~4—5 ðàç, SiH4 (MC) — â ~2—3 ðàçà (ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ~70 % ïîëè-

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 4

9

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ

50 40 30 20

16 12 8 4 0

Mitsubishi Sumitomo Ïðî÷èå

60

1 2 3

REC Tokuyama

70

20

HEMLOCK Wacker

Îáúåì ïðîèçâîäñòâà, òûñ. ò

80

Îáúåì ïðîèçâîäñòâà, òûñ. ò

 òîì ÷èñëå

90

Ïðîèçâîäèòåëè

10 0

Âñåãî Êèòàé ÑÍà Ïðî÷èå Òðàäèöèîííûå Èç ìåòàëëóðãè÷åïðîèçâîäèòåëè ñêîãî Si Ïðîèçâîäèòåëè

Ðèñ. 3. Ïðîãíîç ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ê 2010 ã. (ïî ðàçëè÷íûì èñòî÷íèêàì): 1 — ñóùåñòâóþùåå ïðîèçâîäñòâî; 2 — ââîäèìîå ñ 2008 ã.; 3 — ââîäèìîå ñ 2010 ã.

êðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ áóäåò ïðîèçâîäèòüñÿ âîäîðîäíûì âîññòàíîâëåíèåì ÒÕÑ, à ~30 % — ïèðîëèçîì ÌÑ). Çàäà÷à ïðåäñòàâëÿåòñÿ âïîëíå îñóùåñòâèìîé, òàê êàê íåò ïðèíöèïèàëüíûõ òðóäíîñòåé äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ñûðüåâîé áàçîé [5—7]. 2. Òðàäèöèîííûå ïðîèçâîäèòåëè è íîâûå ó÷àñòíèêè. Îñíîâíûì ïðîèçâîäèòåëÿì ïîëèêðåìíèÿ èç ÒÕÑ è ÌÑ — HEMLOCK, Wacker Chemie, MEMC, Tokuyama Soda, REC (SGS+ASiMi), Mitsubishi è äðóãèì — ïðèíàäëåæèò ñåãîäíÿ ~90 % âñåãî ìèðîâîãî ðûíêà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ. Ñîãëàñíî ïëàíàì ðàçâèòèÿ èõ ïðîèçâîäñòâà (ðèñ. 3, âñòàâêà), ê 2010 ã. îñíîâíûå ïðîèçâîäèòåëè âûïóñòÿò ~57— 60 òûñ. ò ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ. Ýòó öèôðó ìîæíî ïðèíÿòü äîñòàòî÷íî òî÷íîé, òàê êàê ðå÷ü èäåò î ïðîåêòàõ âûñîêîé ñòåïåíè ãîòîâíîñòè. Ñëîæíåå îöåíèòü, ñêîëüêî ïîëèêðåìíèÿ íîâûå ïðîèçâîäèòåëè äîáàâÿò ê ýòîé âåëè÷èíå ê 2010 ã.

Èç âîçìîæíûõ íîâûõ ïðîèçâîäèòåëåé ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ íàçûâàþò ñëåäóþùèå ñòðàíû: — Êèòàé — îæèäàíèÿ ðàñõîäÿòñÿ îò 5 òûñ. ò ê 2010 ã., ïî îöåíêàì ñòîðîííèõ àíàëèòèêîâ, äî 14 òûñ. ò, ïî ïëàíàì ñàìîãî Êèòàÿ (òàáë. 1). Ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî öèôðà 8—10 òûñ. ò ÿâëÿåòñÿ âïîëíå ðåàëüíîé [5]; — ñòðàíû ÑÍà — ïîñëå òîãî, êàê áóì ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ñòàë î÷åâèäåí äëÿ ñîáñòâåííèêîâ õèìè÷åñêèõ è ýëåêòðîííûõ ïðîèçâîäñòâ, íàìå÷àåòñÿ ðÿä ïðîåêòîâ ïî âîññòàíîâëåíèþ ñòàðûõ ïðîèçâîäñòâ (Ïîäîëüñêèé ÕÌÇ, ÇÒÌÊ, Äîíåöêèé ÕÌÇ, Òàø-Êóìûðñêèé ÕÌÇ), çàâåðøåíèþ óæå íà÷àòûõ (ã. Æåëåçíîãîðñê) èëè ñîçäàíèþ íîâûõ. Òàê, íåìåöêàÿ ôèðìà Folgat â 2006 ã. ïîëó÷èëà ðàçðåøåíèå Àíòèìîíîïîëüíîãî êîìèòåòà Óêðàèíû íà ñîçäàíèå êîíñîðöèóìà ïî ïðîèçâîäñòâó ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ íà Óêðàèíå. Ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî áîëüøàÿ ÷àñòü ýòèõ ïðîåêòîâ áóäåò çàâåðøåíà ïîñëå 2010 ã., äëÿ 2010 ã. öèôðà 1—2 òûñ. ò ÿâëÿåòñÿ âïîëíå ðåëüíîé; — ïðî÷èå — íåóäîâëåòâîðåííûå òåìïàìè ðàçâèòèÿ òðàäèöèîííûõ ïîñòàâùèêîâ êðåìíèÿ, ìíîãèå íîâûå èãðîêè ïëàíèðóþò âûéòè íà ðûíîê (èñïîëüçóÿ ïðåèìóùåñòâåííî ðàçíîâèäíîñòè òðàäèöèîííûõ òåõíîëîãèé). Íåêîòîðûå îáúÿâëåííûå ïëàíû ïðèâåäåíû â òàáë. 2. Òàáëèöà 1 Ïëàíû ðàçâèòèÿ ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ â Êèòàå äî 2010 ã. Îáúåì ïðîèçâîäñòâà, ò/ãîä

Êîìïàíèÿ

1-ÿ ôàçà

Emei Semiconductor Materials 100 (â 2005 ã.) (Emeishan) China Silicon High-Tech Co. 300 (â 2005 ã.) Ltd. (Luoyang) Sichuan Xingguang Silicon 1000 (â 2005 ã.) Technology (Leshan) Ningxia Sunshine Silicon 1000 (Shizushan) CSG Holding Co. (Yichang) 1500 Yunnan Qujing Aixingui Ltd. 3000 (Qujing) Suntech Power Co. Ltd. 3000 (Wanzhou)

10

Ñòðàíà/Ïàðòíåðû

Çàÿâëåííàÿ ìîùíîñòü, òûñ. ò

Joint Solar Silicon GmbH

Ãåðìàíèÿ/SolarWorld, Degusa

0,85 ê 2008 ã.

Isofoton DC Chemical ARISE Technologies Hoku Scientific M. Setek

Èñïàíèÿ/Ïðàâèòåëüñòâî, Endesa Êîðåÿ/SunPower Êàíàäà/Èíâåñòèöèîííûå ôîíäû ÑØÀ/Èíâåñòèöèîííûå ôîíäû ßïîíèÿ/Å-Òîð

2,5 3,0 2,0 ê 2010 ã. 1,5 ê 2008 ã. 3,0 ê 2010 ã.

220 3000 3000 4000 4500 10000 6000

Òàáëèöà 2

Íîâûå ïðîåêòû ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ â ìèðå Êîìïàíèÿ

2-ÿ ôàçà

Ïðèìå÷àíèå Òåõíîëîãèÿ — ïîëóíåïðåðûâíûé ïèðîëèç ìîíîñèëàíà — Íà÷àëî â 2008 ã. 200 ò — îïûòíûé ïðîåêò â 2008 ã. Ðàñïîëîæåíèå — Ñèíãàïóð —

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 4

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ Òàáëèöà 3

Ïðîèçâîäèòåëè «ñîëíå÷íîãî» êðåìíèÿ èç ìåòàëëóðãè÷åñêîãî

Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, ò/ãîä Âðåìÿ ðåàëèçàöèè, ãîä íà ñåãîäíÿ ïëàíîâàÿ

Êîìïàíèÿ

Ñòðàíà

Ñòàäèÿ ãîòîâíîñòè ïðîèçâîäñòâà

JFE Steel ELKEM Solar Dow Corning Solar Solutions Scheuten Solar GT Equipment Solsilk Development Co. Solarvalue Production

ßïîíèÿ Íîðâåãèÿ

Ïîëóïðîìûøëåííàÿ Ïîëóïðîìûøëåííàÿ

100 100—250

800—1000 5000

2007 2008

ÑØÀ

Ïîëóïðîìûøëåííàÿ

1000(?)

5000

2010

Íèäåðëàíäû ÑØÀ Íèäåðëàíäû Ãåðìàíèÿ/Ñëîâåíèÿ

Îïûòíàÿ Ëàáîðàòîðíàÿ Ëàáîðàòîðíàÿ Ëàáîðàòîðíàÿ

— — — —

— — 100 5000

2008 — 2007 2010

Âèäèìî, ñìÿã÷àòñÿ òàêæå ýêîíîìè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ íà ìàñøòàá ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðåìíèÿ. Ïðàâî íà ñóùåñòâîâàíèå ïîëó÷àò íå òîëüêî ãèãàíòû, ïðîèçâîäÿùèå ñâûøå 2 òûñ. ò/ãîä, íî è áîëåå ìåëêèå ïðåäïðèÿòèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ ~500 ò/ãîä. Ñèòóàöèÿ îñëîæíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðîèçâîäñòâî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ íå ïðîäàåòñÿ «ïîä êëþ÷», ïîýòîìó íîâûì ïðîèçâîäèòåëÿì ïîòðåáóåòñÿ áîëüøå âðåìåíè äëÿ ïóñêîâûõ ðàáîò, íî ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî åùå 3 òûñ. ò äîáàâèòñÿ îò íîâûõ ïðîèçâîäèòåëåé. 3. Ïðîèçâîäèòåëè ñîëíå÷íîãî êðåìíèÿ èç ìåòàëëóðãè÷åñêîãî. Ìíîãîëåòíèå èññëåäîâàíèÿ âîçìîæíîñòè ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ñîëíå÷íîãî êà÷åñòâà íåïîñðåäñòâåííî î÷èñòêîé ìåòàëëóðãè÷åñêîãî Simg, ìèíóÿ ãàçîâóþ ôàçó, ñòàëè ïåðåõîäèòü â îïûòíî-ïðîìûøëåííóþ ñòàäèþ.  2006 ã. Dow Corning Solar Solutions Group îáúÿâèëà î ðàçðàáîòêå ñîëíå÷íîãî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ èç ìåòàëëóðãè÷åñêîãî. Ëèäåðàìè, âèäèìî, îñòàíóòñÿ ïî-ïðåæíåìó íîðâåæñêîå ïðåäïðèÿòèå Elkem Solar AS è ÿïîíñêàÿ êîìïàíèÿ Japan Ferrous Engineering (JFE Steel, áûâøàÿ Kawasaki Steel). Elkem Solar, çàíèìàÿñü ïðîáëåìîé ñ 1980 ã., â 2004 ã. ïîëó÷èëà êðåìíèé ñîëíå÷íîãî êà÷åñòâà, ïðîèçâåëà è èññëåäîâàëà ÔÝÏ íà ìóëüòèêðèñòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèíàõ, â 2006 ã. — íà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ïëàñòèíàõ.  ïëàíàõ ïðåäïðèÿòèÿ — â 2007 ã. âûéòè íà ïðîìûøëåííîå ïðîèçâîäñòâî. JFE Steel, çàíèìàÿñü ïðîáëåìîé ñ 1996 ã., â 2001 ã. âûïóñòèëà ïåðâûå 200 ò ñîëíå÷íîãî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, ñ 2005 ã. âûïóñê âûðîñ äî 800 ò/ãîä. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ óäàëîñü ïîëó÷èòü ÔÝÏ ñ ÊÏÄ 14—16 %.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èäóò ïîëóïðîìûøëåííûå èñïûòàíèÿ òàêèõ ÔÝÏ. Îáúÿâëåííûå ïëàíû ïðèâåäåíû â òàáë. 3. Ïî-âèäèìîìó, äî 2010 ã. íåòðàäèöèîííûé ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé íå ñòàíåò ñêîëüêî-íèáóäü çàìåòíûì èñòî÷íèêîì ñûðüÿ äëÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè, íî 3 òûñ. ò äàæå îñòîðîæíûå àíàëèòèêè ïðèíèìàþò äëÿ ðàñ÷åòîâ [3, 4]. Òàêèì îáðàçîì, ïî îöåíêàì, îáùåå êîëè÷åñòâî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, êîòîðûé áóäåò ïðîèçâåäåí ê 2010 ã., ñîñòàâèò ~75—80 òûñ. ò (ðèñ. 3), èç êîòîðûõ 25—30 òûñ. ò ïîéäóò äëÿ ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè, à ~50 òûñ. ò — äëÿ ñîëíå÷íîé [1—5].

Ïðîãðåññ â îáëàñòè èñïîëüçîâàíèÿ ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ Ïðîèçâîäèòåëè ïëàñòèí, ïîëó÷àåìûõ ðåçêîé ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ñëèòêîâ, âûðàùåííûõ ïî ìåòîäó ×îõðàëüñêîãî, èëè ìóëüòèêðèñòàëëè÷åñêèõ ñëèòêîâ, óìåíüøàþò òîëùèíó ïëàñòèí ïðè ðåçêå. Îæèäàåòñÿ, ÷òî ê 2010 ã. áîëüøèíñòâî ïðîèçâîäèòåëåé äîñòèãíóò óðîâíÿ 220—240 ìêì âìåñòî ~300 ìêì íà ñåãîäíÿøíèé äåíü. Ïðîèçâîäèòåëè ïëàñòèí, ïîëó÷åííûõ èç ëåíò êðåìíèÿ, îêàçàëèñü â áîëåå âûèãðûøíîé ïîçèöèè â óñëîâèÿõ äåôèöèòà 2005—2006 ãã. Âûðàùåííûå èç ðàñïëàâà ëåíòû êðåìíèÿ òîëùèíîé ~300 ìêì ñêðàéáèðóþò ëàçåðîì íà ïëàñòèíû, ñðàçó ïðèãîäíûå äëÿ ïîñëåäóþùèõ îïåðàöèé ôîðìèðîâàíèÿ ÔÝÏ, èçáåãàÿ îïåðàöèè ðåçêè ñëèòêà íà ïëàñòèíû. Òàêèå òåõíîëîãèè òðåáóþò ìåíüøåãî êîëè÷åñòâà êðåìíèÿ (~60 % îò òðàäèöèîííîãî). Ëåíòû êðåìíèÿ íàèáîëåå ÷àñòî âûðàùèâàþò ñëåäóþùèìè ìåòîäàìè [10]: — ðîñò ëåíòû êðåìíèÿ èç ðàñïëàâà — ðîñò ëåíòû ñ êðàåâîé ïîääåðæêîé, â êîòîðîì ðîëü áîêîâûõ äåíäðèòîâ èãðàþò ïîääåðæèâàþùèå ñòðóíû èç äðóãîãî ìàòåðèàëà («string ribbon»); — ðîñò ïîëîãî ìíîãîãðàííèêà êðåìíèÿ ìåòîäîì Ñòåïàíîâà èç ðàñïëàâà ñ ïîìîùüþ êàïèëëÿðíîé ôèëüåðû (ìåòîä EFG — edge defined film fed growth). Òàê, êîìïàíèÿ Evergreen Solar (ÑØÀ), èñïîëüçóþùàÿ ìåòîä «string ribbon», äîñòèãëà âûïóñêà 50 ÌÂò/ãîä â 2006 ã. Êîìïàíèÿ RWE Schott Solar, èñïîëüçóþùàÿ EFG-ìåòîä, âûðàùèâàåò ïîëûå âîñüìèãðàííèêè, êîòîðûå ðåæåò íà ïëàñòèíû. Êîìïàíèÿ ïðîèçâåëà áîëåå 100 ÌÂò/ãîä ïëàñòèí è ìîäóëåé â 2006 ã. Ïðîèçâîäèòåëè ëåíò òàêæå îïåðåæàþùèìè òåìïàìè èäóò ïî ïóòè ñíèæåíèÿ òîëùèíû âûòÿãèâàåìûõ ëåíò. Îæèäàåòñÿ, ÷òî äîñòèãíóòûé íà ñåãîäíÿ óðîâåíü 300 ìêì ñíèçèòñÿ äî 150 ìêì óæå â 2007 ã. [4]. Óâåëè÷åíèå óäåëüíîãî âåñà òîíêèõ êðåìíèåâûõ ëåíò â îáùåì âûïóñêå ïëàñòèí ïðèâåäåò ê ñíèæåíèþ «ñðåäíåé» òîëùèíû ïëàñòèíû ñ ~260 ìêì â 2005 ã. äî 175 ìêì â 2010 ã. Ýòî, íàðÿäó ñ äðóãèìè ôàêòîðàìè, ïðèâåäåò ê ñíèæåíèþ íîðìû ðàñõîäà êðåìíèÿ íà 1 Âò ñ 11,5 ã/Âò â 2006 ã. äî 7,0 ã/Âò ê 2010 ã. Åñëè â 2005—2006 ãã. ñíèæåíèå äî ýòîé âåëè÷èíû îæèäàëîñü ëèøü â ñàìûõ ñìåëûõ ïðîãíîçàõ, òî ñåãîäíÿ áîëüøèíñòâî ýêñïåðòîâ ñ÷èòàþò ðàñõîä êðåìíèÿ 7,0 ã/Âò âïîëíå äîñòèæèìîé âåëè÷èíîé [3, 4].

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 4

11

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ Ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ïðîèçâåäåííûõ ÔÝÏ, ÌÂò

600

400

200

900—2000 750—1500 570—1100 400—700 260—300

180—200

100—140 0 25 20

Äîëÿ, %

à)

á)

15 10 5 0

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Ãîäû Ðèñ. 4. Îæèäàåìàÿ äèíàìèêà ïðîèçâîäñòâà ÔÝÏ íà ïðî÷èõ ìàòåðèàëàõ (à) è äîëÿ ýòèõ ïðèáîðîâ íà îáùåì «ñîëíå÷íîì» ðûíêå (á). Èñòî÷íèêè — CLSA ASIA–Pasific Markets, Piper Jaffray Solar Ind.

Ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ äðóãèõ ìàòåðèàëîâ Ïðîèçâîäèòåëè ÔÝÏ íà îñíîâå äðóãèõ ìàòåðèàëîâ (àìîðôíûé Si, CdTe, CuInSe2) â óñëîâèÿõ äåôèöèòà êðåìíèÿ òàêæå ïîëó÷àþò øàíñ óêðåïèòü ñâîè ïîçèöèè.  ïåðâóþ î÷åðåäü ýòî ôèðìû: Bangkok Solar (Òàèëàíä), Solar Cells Ltd. (Õîðâàòèÿ), âûïóñêàþùèå ìîäóëè íà àìîðôíîì êðåìíèè; Wuth Solar (Ãåðìàíèÿ) — ìîäóëè íà CuInSe2; First Solar (ÑØÀ) — ìîäóëè íà CdTe; Telecom STV (Ðîññèÿ) — ìîäóëè íà AIIIBV ñ êîíöåíòðàòîðîì è äðóãèå.  öåëîì, ïî îöåíêàì àíàëèòèêîâ [3, 4], ïðîèçâîäèòåëè ÔÝÏ íà íåêðèñòàëëè÷åñêîé îñíîâå óâåëè÷àò ñâîè ìîùíîñòè (ðèñ. 4, à). Òàê, â 2006 ã. êàëèôîðíèéñêàÿ êîìïàíèÿ Nanosolar îáúÿâèëà îá èíâåñòèðîâàíèè 100 ìëí. äîë. ÑØÀ â ñòðîèòåëüñòâî çàâîäà ïî âûïóñêó 200 ìëí. øòóê ÔÝÏ â ãîä îáùåé ìîùíîñòüþ 430 ÌÂò íà îñíîâå ÑuInSå2-òåõíîëîãèè.

Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî äî ñèõ ïîð êðóïíåéøèé â ìèðå çàâîä êîìïàíèè Sharp, âûïóñòèâøèé â 2005 ã. òðàäèöèîííûõ Si-ÔÝÏ íà 427,5 ÌÂò, îêàæåòñÿ íà âòîðîì ìåñòå. Îäíàêî â îáùåé êàðòèíå ñîëíå÷íîé èíäóñòðèè äîëÿ íîâûõ ìàòåðèàëîâ äî 2010 ã. ñóùåñòâåííî íå âûðàñòåò (ñì. ðèñ. 4, á) èç-çà îïåðåæàþùåãî ðîñòà òðàäèöèîííûõ ÔÝÏ [6—8]. Çàêëþ÷åíèå Ïðåäñòàâëåííûé óìåðåííî îïòèìèñòè÷íûé ñöåíàðèé ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ê 2010 ã. èç ðàçíûõ èñòî÷íèêîâ áóäåò ïðîèçâåäåíî 78—80 òûñ. ò ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, èç êîòîðûõ 27—30 òûñ. ò ïîéäåò äëÿ ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè, à ~50 òûñ. ò — äëÿ ñîëíå÷íîé, êðîìå òîãî, ~10 % îò ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè — â âèäå ñêðàïà, ò. å. ~3 òûñ. ò [2—4, 8]. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, îçíà÷àåò, ÷òî èç äàííîãî êîëè÷åñòâà ñûðüÿ ïðè íîðìå ðàñõîäà êðåìíèÿ 7 ã/Âò áóäåò ïîëó÷åíî ÔÝÏ ñóììàðíîé ìîùíîñòüþ ~7,5 ÃÂò. Ê ýòîìó äîáàâèòñÿ ~1,5 ÃÂò îò ÔÝÏ íà îñíîâå äðóãèõ ìàòåðèàëîâ, ÷òî ñîñòàâèò â ñóììå 9,0 ÃÂò. Ðîñò â 5,4 ðàçà ïî ñðàâíåíèþ ñ 2005 ã. ðàâåí òåìïó ðîñòà ñîëíå÷íîé ýíåðãåòèêè çà ïðåäûäóùèå 5 ëåò (ñ 2000 ïî 2005 ãã. — â 5,7 ðàçà).  òàêîì ñëó÷àå àæèîòàæíûé ñïðîñ íà ñûðüå äîëæåí ê 2010 ã. çàìåòíî óìåíüøèòüñÿ, õîòÿ è ïîñëå 2010 ã. â öåëîì ðûíîê åùå äîëãî áóäåò îñòàâàòüñÿ «ðûíêîì ïðîäàâöîâ», ò. å. ðûíêîì, ãäå öåíû îïðåäåëÿþò ïðîèçâîäèòåëè ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ. Äëÿ ðåàëèçàöèè îòå÷åñòâåííûõ ïðîåêòîâ ñòðîèòåëüñòâà èëè âîññòàíîâëåíèÿ ïðîèçâîäñòâà ïîëèêðåìíèÿ, âèäèìî, îïòèìàëüíûì ÿâëÿåòñÿ ïåðèîä äî ~2010—2011 ãã. ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ 1. European Photovoltaic Projects 1999—2002 // Europ. Comm. Unit A-3. 2003. P. 194. (www.europa.eu.net). 2. Rogol M. // CLSA Asia-Pacific Markets. 2004. P. 76. 3. Rogol M. // Ibid. 2005. P. 85. (www.clsa.com). 4. Rogol M. // Ibid. 2006. P. 40. (www.photon.com). 5. Íàóìîâ À. Â. // Èçâ. âóçîâ. Ìàòåðèàëû ýëåêòðîí. òåõíèêè. 2006. ¹ 2. Ñ. 29—35. 6. Äâóðå÷åíñêèé À. Â. // Òàì æå. 2006. ¹ 2. Ñ. 72—74. 7. Peter Ê., Kopecek R., Pernau Ò. et al. // Mater. 31 IEEE PVSC.— Lake Buena (Florida), 2005.— P. 152—156. 8. Mater. Third Solar Silicon Conf.— Munich (Germany), 2006.— P. 205. 9. Mater. «SEMICON».— Munich (Germany), 2006.— P. 157. 10. Sachs W. M, Ely D., Serdy J. // J. Crystal Growth. 1987. N 82. P. 117—125.

ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ

Áîðòîâûå èíòåëëåêòóàëüíûå ñèñòåìû. ×. 2. Êîðàáåëüíûå ñèñòåìû.— Ì.: Ðàäèîòåõíèêà, 2006.— 80 ñ. Ðàññìîòðåíû òåõíîëîãèè èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà è èõ ïðèëîæåíèÿ ïðè ñîçäàíèè áîðòîâûõ êîðàáåëüíûõ èíòåëëåêòóàëüíûõ ñèñòåì îáåñïå÷åíèÿ ìîðåõîäíîñòè, íåïîòîïëÿåìîñòè è óïðàâëåíèÿ â ñëîæíûõ ñèòóàöèÿõ. Äëÿ íàó÷íûõ ðàáîòíèêîâ, àñïèðàíòîâ è ñòóäåíòîâ, çàíèìàþùèõñÿ ïðîáëåìàìè ñîçäàíèÿ èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà.

12

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 4