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近年來，隨著太陽能光伏發電穩步發展，作為直拉單晶硅熱場材料的碳/碳復合材料需求大增。2022年太陽能發電可實現平價上網，更進一步刺激碳/碳復合材料的需求。碳/碳復合材料目前處于供不應求狀態，毛利率不低于60%，將成為繼風電之后又一碳纖維應用風口。
文/蘇格拉偉（微信號：zahawe）
2013年5月，我離開了濟南工作的公司，赴杭州讀博士后。在濟南，這是一家做太陽能光伏熱場材料的高新技術企業，主要做碳/碳復合材料、碳纖維保溫氈（固化碳氈）、石墨材料部件的生產，主要應用領域是太陽能光伏產業鏈中的直拉單晶硅爐和多晶硅鑄錠爐內部件。
這完全是計劃之外的安排，在此之前重來沒考慮過離開這個行業，也沒想過離開濟南這座城市和這家公司。
因為，在這半年之前，2012年12月，我剛博士畢業，從碩士到博士的課題，一直都是直拉單晶硅爐用熱場材料的研究。涉及碳纖維保溫氈、固化碳氈、碳/碳復合材料、碳材料高純化處理、防護涂層等等。我的課題和公司業務高度吻合，所以從2009年開始，我的課題研究都是在企業做的。也得以和吳羽化學、西格里、東海炭素等先進碳材料企業，學到很多。
但是2012年下半年之后，太陽能光伏市場經歷歐美的“雙反”打擊，反壟斷反傾銷，打的中國光伏熱場材料情勢急轉直下。
當時，中國光伏產業鏈處于兩頭在外的狀態，先進技術被歐美企業控制，市場也在歐美國家。作為依靠補貼生存的太陽能光伏行業，面對這樣的打擊，似乎沒有任何招架之力。而且，中國光伏產業經歷過2007和2010年飛速發展，已經是產能過剩狀態，更是加劇了行業洗牌。
2013年的太陽能光伏行業處于單晶硅和多晶硅同時發展的格局，當時多晶硅光伏轉換效率雖然沒有單晶硅高，但是成本有很大的優勢。單晶硅工藝采用的是直拉單晶硅工藝，成本高，但是光伏轉換效率有優勢。
直拉單晶硅爐內已經采用了大量碳素熱場材料，包括石墨加熱器、石墨坩堝、石墨保溫桶、碳/碳復合材料螺栓螺母、碳/碳復合材料的保溫桶、固化碳氈保溫材料、硅蒸汽腐蝕等等。
圖片
這些碳素材料是其他材料無法替代的。以直拉單晶硅爐內的坩堝為例，高純硅料要在1500℃左右熔融，需要用石英坩堝承載，但是石英坩堝高溫強度太低，不足以承載200-300公斤的硅料，所以外邊必須套一個石墨坩堝，作為承載部件。這里就完全發揮出碳材料的優勢了，因為碳材料是唯一一種在高溫下力學性能不降反升的材料。
2013年的直拉單晶硅爐坩堝直徑只有24-28寸，裝載硅料少，石墨材料可以完全承受這個載荷。石墨材料主要就是等靜壓石墨。
到了2021年，情況發生了翻天覆地的變化。
2021年的直拉單晶硅爐坩堝直徑達到了36寸，裝載硅料更多了，一次可以裝在700-800公斤硅料。要求碳素坩堝尺寸變大了、強度也要提高。這時候等靜壓石墨成本就急劇升高了，逐步被碳/碳復合材料代替。
等靜壓石墨被碳/碳取代還有更重要的原因。因為等靜壓石墨是脆性材料，它的斷裂是沒有先兆的，所以，萬一發生坩堝損壞，熔融的硅料會把爐底燒穿。而碳/碳復合材料，是碳纖維增強碳基體復合材料，不會發生脆斷的事故，安全性大大提高。
大尺寸等靜壓石墨成本升高，慢慢接近碳/碳復合材料成本，安全性又低，被取代就理所當然了。所以，目前直拉單晶硅爐內碳素結構材料，還剩加熱器還在采用導電率高的石墨材料，其他的逐步被碳碳復合材料替代。
除了石墨方面的原因，碳/碳復合材料能夠替代石墨材料另一個原因，就是碳/碳這幾年技術飛速發展。關于碳/碳復合材料的制造技術，我們以后再說，單說市場價格，以前一公斤碳/碳復合材料市場價格在2000-3000元，現在已經降到1100-1200元每公斤了。極大地降低了太陽能光伏發電組件每瓦成本。
現在，全球太陽能光伏市場，中國占了70%以上。核心技術也掌握在中國企業手里。十年前兩頭在外的格局不復存在了，取而代之的是中國的領導地位。而且原來高能耗、低價值的企業，經歷了2012-2013年的洗牌，逐漸集中在隆基系、晶科系、中環系、晶澳系、協鑫系、京運通系等幾大企業。
其中隆基系主要包括隆基綠能科技股份有限公司、銀川隆基硅材料有限公司、麗江隆基硅材料有限公司、寧夏隆基硅材料有限公司、保山隆基硅材料有限公司、隆基（古晉）有限公司、寧夏隆基半導體材料有限公司；晶科系主要包括晶科能源有限公司、新疆晶科能源有限公司；
中環系主要包括天津鑫天和電子科技有限公司、天津環歐國際硅材料有限公司等；
晶澳系主要包括晶澳太陽能有限公司、包頭晶澳太陽能科技有限公司、邢臺晶龍新能源有限責任公司、邢臺晶龍電子材料有限公司、寧晉晶興電子材料有限公司、河北晶龍陽光設備有限公司、北京晶澳太陽能光伏科技有限公司、寧晉松宮電子材料有限公司、河北寧通電子材料有限公司、河北寧晉松宮半導體有限公司等；
協鑫系主要包括寧夏協鑫晶體科技發展有限公司、江蘇協鑫硅材料科技發展有限公司、江蘇協鑫軟控設備科技發展有限公司、河南協鑫光伏科技有限公司等；
京運通系主要包括烏海市京運通新材料科技有限公司、北京京運通科技股份有限公司等。
2022年，中國太陽能光伏發電可以實現平價上網。這是巨大的進步，因為靠政府補貼的時代已經結束了，太陽能這種清潔能源能夠自給自足的可持續發展了。
這也是為什么中國提出2060年實現碳中和目標很大的原因。因為，太陽能發電能夠脫離補貼，可持續發展之后，迎來的將會是指數級別的增長。
單晶硅在與多晶硅競爭多年后，逐漸淘汰多晶硅的市場。
作為生產單晶硅的直拉單晶硅工藝，已經成為主流。而碳/碳復合材料，是直拉單晶硅爐內的重要材料，而且是一種耗材，每1-2年就要更換的，將迎來更快速的發展。
碳/碳復合材料，是以碳纖維增強碳基體的材料，碳纖維用量逐年快速增長。目前的碳/碳復合材料處于供不應求狀態，毛利率不低于60%，正是處于風口趨勢的初始狀態。
研究了這么多年光伏熱場材料，非常欣喜看到這個市場走出陰霾，走向光明，頗有守得云開見月明的心情。
以后，再對碳碳復合材料、碳纖維保溫氈、石墨材料這些熱場材料展開來討論。
關于成本、關于制造工藝、關于發展趨勢、關于市場、關于核心技術問題，有太多話想說了。
