Einsparpotentiale bei der Silizium- und Waferproduktion. Dr. Hilmar Tiefel Dr. Friedrich Schaaff

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1 Einsparpotentiale bei der Silizium- und Waferproduktion Dr. Hilmar Tiefel Dr. Friedrich Schaaff 1

2 - Firmenvorstellung - Marktübersicht - Siliziumproduktion - Kristallisation - Wafering - Zusammenfassung Einsparpotentiale bei der Silizium- und Waferproduktion

3 Company development 3

4 Business Areas of Silicon Products Bitterfeld Research & Development Engineering und Consulting Production of - Solar-Silicon for multicrystalline application - Solar-Silicon for monocrystalline application - Silicon for other applications - By-products (Slim rods, Chlorosilanes) 4

5 Business Areas of Silicon Products Bitterfeld

6 Mehr als 85 % aller weltweit produzierten Solarzellen bestehen aus kristallinem Silicium. Jahr 2012 wurden ca t Silicium zu Solarzellen und Modulen verarbeitet. Systeme Solarsilizium Block Wafer Solarzellen Module Die Kernkompetenz der Silicon Products Bitterfeld GmbH&Co.KG liegt in der Herstellung von Solarsilizium. Quelle: International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), 03/2013, SEMI

7 Prices Silicon, Wafer, Cells

8 Contribution of Key Drivers Toward Module Cost Reduction 1,20 Polysilicon Price (45%) 1,00 1,10 0,27 Other Consumables (19%) Technology Advancements (10%) 0,80 0,11 Scale (11%) $/W 0,60 0,06 0,06 Other (16%) 0,09 0,40 0,50 0,20 (Best-in-Class China Producer) 0,00 Quartal Quartal Module Cost Quelle: PV Technology and Cost Outlook, , GTM Research

9 Silicon Production Plant Bitterfeld

10 Modified Siemens-Process Silicon HCl SiCl 4 N 2, Nitrogen D- Reactors SiHCl 3 SiHCl 3 SiCl 4 /SiHCl 3 Gas treatment H 2, Hydrogen H 2 Vent gas recovery unit Tank farm Distillation H- Reactors SiCl 4 /SiHCl 3 SiCl 4 SiCl 4

11 Einsparpotenziale - Produktionskosten Andere Betriebskosten 9% SG&A 15% Zusatzenergie 3% Energiemanagement Strom 21% Effizientere Reaktoren: Abscheidung/Hydrierung Prozesssteuerung Personal 11% Abschreibung 17% Anlagengröße Chlorsilane 24% Vermeidung von Nebenströmen und Abfällen Angepasste Qualität Siliziumproduktion in Bitterfeld

12 Hydrogenation: essential step towards lowest production costs - New own developed hydrogenation reactors - High yield: >17ma.% - Low power consumption < 0,7 kwh/kg TCS STC + H2 STC +TCS+ HCl+H2 - High throughput: > kg/h STC - High energy recuperation Heat Exchanger Quenche

13 Einsparpotenziale - Abscheidereaktoren Energieverbrauch [kwh/kg Si] PVCSS - Ist CVD Energieverbrauch PVCSS Neue Generation Marktwerte Hergestelltes Si pro Reaktorlauf [t/reaktorlauf] Quelle: Photon International April Anlagengröße - Große Stabdurchmesser - Lange Stäbe - Prozessparameter - Reaktorbeschichtung - Energierückgewinnung - Startprozess - Optimierte Regelung

14 Einsparpotenziale Kapitalkosten (Capex) Polysilizium Kapitalkostenvergleich spezifische Investionskosten [$/kg] Silicon Products- Modifizierter Siemens-Prozess Jahrestonnage [t/a] Thermische Hydrierung Hydrochlorierung - Eigenes Engineering der Schlüsselkomponenten Quelle: GT Advanved Technologies - Eigene thermische Hydrierung (hoher Durchsatz, niedriger Energieverbrauch) - Angepasste Qualität - Produktionsstandort

15 Potentiale in der multikristallinen Kristallisation Kostenreduktion durch: - größere Ingots - höherer Durchsatz - wiederverwendbare Tiegel - (semi)-kontinuierliches Aufschmelzen Was ist die beste Geometrie? In die Höhe In die Breite Ausbeute + Prozesszeit ++ Qualität + + Energieverbrauch ++ + MEMC G8 mit 1650 kg 2) Heutiger Standard G4 / G5 mit kg 1) 1) Quelle Ingot Bilder: Apollonsolar Photosil. 2) J. Appel; MEMC; 22nd NREL Workshop, Vails, Co, USA 2012.

16 Potentiale im Wafering Kostenreduktion durch: - geringere Waferdicke - höheren Durchsatz - hohe Ausbeute 1 cent/(wafer*1%) - höhere Präzision - geringeren Draht / Slurry / Kühlschmiermittel-Verbrauch - kontinuierliche Reinigung / Separierung / Handling / Metrologie mit niedriger Bruchrate Quelle: PV Crystalox Solar Silicon GmbH 60 µm Waferdicke

17 Potentiale im Wafering Neue Ansätze mit: Diamantdraht Strukturierter Draht 1) Herkömmlicher Stahldraht (120 µm) mit Diamanten besetzt (10-20 µm) Harz gebunden oder Ni-platiert Herkömmliches Slurry / Draht-System höherer Durchsatz / geringerer Drahtverbrauch Nur Kühlschmiermittel (Wasser / Additive) kein SiC-Abrasiv notwendig! 2-3 mal höhere Tischgeschwindigkeiten Veränderte Waferoberfläche / Bruchrate benötigt mehr FuE Derzeit Unterschiede im Mono- oder Multi-Si Schneiden Gleicher Sägeverlust wie Standard- Prozess Geringerer TTV durch effektive SiC- Mitnahme entlang des Sägespaltes 1) Quelle: D. Heppner et al.; AMAT; 26th EUPVSEC, Hamburg, 2011, PV Crystalox Solar Silicon GmbH, Erfurt.

18 Structured wire summary Euro per wafer 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,27 0,12 0,13 straight wire process early ,15 diamond wire process mc-si 2 m/wafer 0,13 0,09 0,05 0,07 structured wire process Aug 2013 slurry / coolant wire diamond wire process mono-si 1 m/wafer Advantages of structured wire: Good prediction of structured wire mass production process using single wire setup More than 100 % higher throughput 45 % less wire consumption 40 % less slurry consumption More wafers per mm More than 40 % direct cost savings Quelle: PV Crystalox Solar Silicon GmbH

19 Cost Comparison of the value chain 1,87US$/Wp Module Price 0,69US$/Wp Module Price Quelle: International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), SEMI/PVGroup

20 Zusammenfassung und Ausblick Kosten- und Preisentwicklung bei Silizium und Wafern: Preisanpassungen in den nächsten 12 bis 18 Monaten auf 25 28US$/kg solar-grade Silizium sonst werden keine neuen Produktionsanlagen mehr gebaut (ROI zu gering) Kostenreduktion bei Produktion von Silizium mit Siemensprozess durch Produktivitätssteigerungen in Höhe von ca. 5% pro Jahr möglich Kostenreduktionspotentiale bei alternativen Produktionen, z.b. FBR/Wirbelschichttechnik noch nicht abschätzbar deutliche Kostenreduzierung beim Wafering: Diamantdraht und strukturierter Draht Innovationen werden zu weiteren Kostenreduzierungen bei den Modulen führen, z.b. dünnere Scheiben und höhere Wirkungsgrade Alle Wertschöpfungsstufen der Photovoltaik sind weiterhin unter hohen Preis- und Kostendruck

21 Kennzahlen: Entwicklungschancen Silicon demand in g/wp Cell eff in % Silicon g/wp 5 Cell-efficiency Quelle: Silicon Pricing Trends 2012 to 2025, IHS (2013)

22 Thank you very much for your attention