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太陽能硅片切割的線痕和斷線分析

2012-07-05 08:56

　　硅片切割是太陽能光伏電池制造工藝中的關(guān)鍵部分。該工藝用于處理單晶硅或者多晶硅的固體硅錠。線鋸首先把硅錠切成方塊，然后切成很薄的硅片，這些硅片就是制造光伏電池的基板。

　　硅片是晶體硅光伏電池技術(shù)中最昂貴的部分，所以降低這部分的制造成本對于提高太陽能對傳統(tǒng)能源的競爭力至關(guān)重要。本文將對硅片切片工藝、制造業(yè)的挑戰(zhàn)和新一代線鋸技術(shù)如何降低切片成本做一個概述。

　　1. 線鋸切割的發(fā)展史

　　第一臺實用的光伏切片機臺誕生于1980年代，它源于Charles Hauser 博士前沿性的研究和工作。Charles Hauser 博士是瑞士HCT切片系統(tǒng)的創(chuàng)辦人，也就是現(xiàn)在的應(yīng)用材料公司精確硅片處理系統(tǒng)事業(yè)部（PWS）的前身。這些機臺使用切割線配以研磨漿來完成切割動作。今天，主流的用于硅錠和硅片切割的機臺的基本結(jié)構(gòu)仍然源于Charles Hauser 博士最初的機臺，不過在處理載荷和切割速度上已經(jīng)有了顯著的提高。

圖1.太陽能硅片線鋸切割系統(tǒng)

　　2. 線鋸切割工藝

　　現(xiàn)代線鋸的核心是在研磨漿配合下用于完成切割動作的超細高強度切割線。最多可達1000條切割線相互平行的纏繞在導(dǎo)線輪上形成一個水平的切割線“網(wǎng)“。馬達驅(qū)動導(dǎo)線輪使整個切割線網(wǎng)以每秒5到25米的速度移動。切割線的速度、直線運動或來回運動都會在整個切割過程中根據(jù)硅錠的形狀進行調(diào)整。在切割線運動過程中，噴嘴會持續(xù)向切割線噴射含有懸浮碳化硅顆粒的研磨漿。　

硅塊被固定于切割臺上，通常一次4塊。切割臺垂直通過運動的切割線組成的切割網(wǎng)，使硅塊被切割成硅片（圖2）。切割原理看似非常簡單，但是實際操作過程中有很多挑戰(zhàn)。線鋸必須精確平衡和控制切割線直徑、切割速度和總的切割面積，從而在硅片不破碎的情況下，取得一致的硅片厚度，并縮短切割時間。

　　3. 減少硅料消耗

　　對于以硅片為基底的光伏電池來說，晶體硅（c-Si）原料和切割成本在電池總成本中占據(jù)了最大的部分。光伏電池生產(chǎn)商可以通過在切片過程中節(jié)約硅原料來降低成本。降低截口損失可以達到這個效果，截口損失主要和切割線直徑有關(guān)，是切割過程本身所產(chǎn)生的原料損失。切割線直徑已經(jīng)從原來的180-160μm 降低到了目前普遍使用的140-100μm 。降低切割線直徑還可以在同樣的硅塊長度下切割出更多的硅片，提升機臺產(chǎn)量。

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光伏太陽能硅片