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1、个人收集整理 仅供参考学习太阳电池的硅片切割技术详解切割工艺现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线。最多可达1000条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网“。马达驱动导线轮使整个切割线网以每秒5到25米的速度移动。切割线的速度、直线运动或来回运动都会在整个切割过程中根据硅锭的形状进行调整。在切割线运动过程中，喷嘴会持续向切割线喷射含有悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。个人收集整理 勿做商业用途图 2. 硅块通过切割线组成的切割网.硅块被固定于切割台上，通常一次4块。切割台垂通过运动的切割线切割网，使硅块被切割成硅片(图2)。 切割原理看似非常简单，但是实际操作
2、过程中有很多挑战。线锯必须精确平衡和控制切割线直径、切割速度和总的切割面积，从而在硅片不破碎的情况下，取得一致的硅片厚度，并缩短切割时间。个人收集整理 勿做商业用途减少硅料消耗对于以硅片为基底的光伏电池来说，晶体硅(c-Si)原料和切割成本在电池总成本中占据了最大的部分。光伏电池生产商可以通过在切片过程中节约硅原料来降低成本。降低截口损失可以达到这个效果，截口损失主要和切割线直径有关，是切割过程本身所产生的原料损失。切割线直径已经从原来的180-160m 降低到了目前普遍使用的140-100m 。降低切割线直径还可以在同样的硅块长度下切割出更多的硅片，提升机台产量。个人收集整理 勿做商业用途让
3、硅片变得更薄同样可以减少硅原料消耗。在过去的十多年中，光伏硅片的厚度从原来的330m降低到现在普遍的180-220m 范围内。这个趋势还将继续，硅片厚度将变成 100m. 减少硅片厚度带来的效益是惊人的，从330m 到 130m， 光伏电池制造商最多可以降低总体硅原料消耗量 多达60%。个人收集整理 勿做商业用途制造业的挑战在硅片切割工艺中我们需要面对多项挑战，主要聚焦于线锯的生产力，也就是单位时间内生产的硅片数量。生产力取决于以下几个因素：个人收集整理 勿做商业用途1) 切割线直径 更细的切割线意味着更低的截口损失，也就是说同一个硅块可以生产更多的硅片。然而，切割线更细更容易断裂。个人收集整
4、理 勿做商业用途2) 荷载 每次切割的总面积，等于硅片面积X每次切割的硅块数量X每个硅块所切割成的硅片数量 。个人收集整理 勿做商业用途3) 切割速度 切割台通过切割线切割网的速度，这在很大程度上取决于切割线运动速度，马达功率和切割线拉力。个人收集整理 勿做商业用途4) 易于维护性 线锯在切割之间需要更换切割线和研磨浆，维护的速度越快，总体的生产力就越高。生产商必须平衡这些相关的因素使生产力达到最大化。更高的切割速度和更大的荷载将会加大切割切割线的拉力，增加切割线断裂的风险。由于同一硅块上所有硅片是同时被切割的，只要有一条切割线断裂，所有部分切割的硅片都不得不丢弃。 然而，使用更粗更牢固的切割
5、线也并不可取，这会减少每次切割所生产的硅片数量，并增加硅原料的消耗量。个人收集整理 勿做商业用途硅片厚度也是影响生产力的一个因素，因为它关系到每个硅块所生产出的硅片数量。超薄的硅片给线锯技术提出了额外的挑战，因为其生产过程要困难得多。除了硅片的机械脆性以外，如果线锯工艺没有精密控制，细微的裂纹和弯曲都会对产品良率产生负面影响。超薄硅片线锯系统必须可以对工艺线性、切割线速度和压力、以及切割冷却液进行精密控制。个人收集整理 勿做商业用途无论硅片的厚薄，晶体硅光伏电池制造商都对硅片的质量提出了极高的要求。硅片不能有表面损伤(细微裂纹、线锯印记)，形貌缺陷(弯曲、凹凸、厚薄不均)要最小化，对额外后端处
6、理如抛光等的要求也要降到最低。个人收集整理 勿做商业用途新一代线锯产品为了满足市场对于更低成本和更高生产力的要求，新一代线锯必须提升切割速度，使用更长的硅块从而提高切割荷载。更细的切割线和更薄的硅片都提升了生产力，同时，先进的工艺控制可以管理切割线拉力以此保持切割线的牢固性。个人收集整理 勿做商业用途使用不止一组切割切割线是在保持速度的前提下提高机台产量的一个创新方法。应用材料公司最新的MaxEdge 系统(图三 3)采用了独特的两组独立控制的切割组件(图 4)。个人收集整理 勿做商业用途MaxEdge是业界第一个专门设计使用细切割线的线锯系统 ，最低可达到80m。相对于业界领先的应用材料公司
7、HCT B5线锯系统，这些改进减少了硅料损失使产量提高多达50%。个人收集整理 勿做商业用途图 3. 应用材料公司 MaxEdge线锯系统更高生产力的线锯系统在同样的硅片产量下可以减少机台数量。因此，制造商可以大幅降低设备、操作人员和维护的成本。个人收集整理 勿做商业用途降低硅片的消耗量也就是直接降低了太阳能电力的每瓦成本。个人收集整理 勿做商业用途图 4. 双切割线可以在不牺牲切割速度的情况下，提高荷载并减少切割线直径MaxEdge 系统结合了更细的切割线和更薄的硅片，提升了线锯技术，有望于2011年以前使太阳能电力的每瓦成本降低0.18美元。 (图 5).个人收集整理 勿做商业用途图5.
8、应用材料公司优化的线锯技术直接降低了太阳能电力的成本注意：该图表的前提是太阳能电池效率保持不变;硅原料成本为55美元/公斤。前面已经谈到，维护方便与否对总体生产力有着很大的影响。MaxEdge 系统的机械布局在设计上考虑到了维护的方便，使切割线替换和研磨浆喷头清洗等普通维护工作能够非常容易和快速地进行。个人收集整理 勿做商业用途线锯产品市场硅片供应商和希望自己控制切片工艺的整合晶体硅光伏组件生产商都需要使用线锯设备。单晶硅和多晶硅光伏技术都需要使用到它。个人收集整理 勿做商业用途大多数光伏线锯设备是硅片供应商购买的。他们一般生长硅锭或者硅块、将硅原料切合处理成硅片，最终销售给光伏电池制造商用于
9、制造电池。业界最成功的应用材料公司HCT B5线锯系统的装机量超过500台，是光伏切片领域的标杆产品。个人收集整理 勿做商业用途结论在光伏领域，线锯技术的进步缩小了硅片厚度并降低了切割过程中的材料损耗，从而减少了太阳能电力的硅材料消耗量。(每瓦使用更少克数的硅材料) 目前，原材料几乎占了晶体硅太阳能电池成本的三分之一，因此，线锯技术对于降低太阳能每瓦成本并最终促使其达到电网平价起到了至关重要的作用。最新最先进的线锯技术带来了很多创新，提高了生产力并通过更薄的硅片减少了硅材料的消耗。个人收集整理 勿做商业用途太阳能硅片切割技术七重攻略太阳能硅片的线切割机理就是机器导轮在高速运转中带动钢线，从而由
10、钢线将聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区，在钢线的高速运转中与压在线网上的工件连续发生摩擦完成切割的过程。个人收集整理 勿做商业用途 在整个切割过程中，对硅片的质量以及成品率起主要作用的是切割液的粘度、碳化硅微粉的粒型及粒度、砂浆的粘度、砂浆的流量、钢线的速度、钢线的张力以及工件的进给速度等。个人收集整理 勿做商业用途一、切割液（PEG）的粘度 由于在整个切割过程中，碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行切割的，所以切割液主要起悬浮和冷却的作用。个人收集整理 勿做商业用途 1、切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证。由于不同的机器开发设计的系统思维不同，因而对砂浆的粘度也不同，即要求切
11、割液的粘度也有不同。例如瑞士线切割机要求切割液的粘度不低于55，而NTC要求22-25，安永则低至18。只有符合机器要求的切割标准的粘度，才能在切割的过程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区。个人收集整理 勿做商业用途 2、由于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中，会因为摩擦发生高温，所以切割液的粘度又对冷却起着重要作用。如果粘度不达标，就会导致液的流动性差，不能将温度降下来而造成灼伤片或者出现断线，因此切割液的粘度又确保了整个过程的温度控制。个人收集整理 勿做商业用途二、碳化硅微粉的粒型及粒度 太阳能硅片的切割其实是钢线带着碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及粒度
12、是硅片表片的光洁程度和切割能力的关键。粒型规则，切出来的硅片表明就会光洁度很好；粒度分布均匀，就会提高硅片的切割能力。个人收集整理 勿做商业用途三、砂浆的粘度 线切割机对硅片切割能力的强弱，与砂浆的粘度有着不可分割的关系。而砂浆的粘度又取决于硅片切割液的粘度、硅片切割液与碳化硅微粉的适配性、硅片切割液与碳化硅微粉的配比比例、砂浆密度等。只有达到机器要求标准的砂浆粘度（如NTC机器要求250左右）才能在切割过程中，提高切割效率，提高成品率。个人收集整理 勿做商业用途四、砂浆的流量 钢线在高速运动中，要完成对硅料的切割，必须由砂浆泵将砂浆从储料箱中打到喷砂咀，再由喷砂咀喷到钢线上。砂浆的流量是否均
13、匀、流量能否达到切割的要求，都对切割能力和切割效率起着很关键的作用。如果流量跟不上，就会出现切割能力严重下降，导致线痕片、断线、甚至是机器报警。个人收集整理 勿做商业用途五、钢线的速度 由于线切割机可以根据用户的要求进行单向走线和双向走线，因而两种情况下对线速的要求也不同。单向走线时，钢线始终保持一个速度运行（MB和HCT可以根据切割情况在不同时间作出手动调整），这样相对来说比较容易控制。目前单向走线的操作越来越少，仅限于MB和HCT机器。个人收集整理 勿做商业用途 双向走线时，钢线速度开始由零点沿一个方向用2-3秒的时间加速到规定速度，运行一段时间后，再沿原方向慢慢降低到零点，在零点停顿0.
14、2秒后再慢慢地反向加速到规定的速度，再沿反方向慢慢降低到零点的周期切割过程。在双向切割的过程中，线切割机的切割能力在一定范围内随着钢线的速度提高而提高，但不能低于或超过砂浆的切割能力。如果低于砂浆的切割能力，就会出现线痕片甚至断线；反之，如果超出砂浆的切割能力，就可能导致砂浆流量跟不上，从而出现厚薄片甚至线痕片等。个人收集整理 勿做商业用途 目前MB的平均线速可以达到13米/秒，NTC达10.5-11米/秒。六、钢线的张力 钢线的张力是硅片切割工艺中相当核心的要素之一。张力控制不好是产生线痕片、崩边、甚至短线的重要原因。 1、钢线的张力过小，将会导致钢线弯曲度增大，带砂能力下降，切割能力降低。
15、从而出现线痕片等。 2、钢线张力过大，悬浮在钢线上的碳化硅微粉就会难以进入锯缝，切割效率降低，出现线痕片等，并且断线的几率很大。个人收集整理 勿做商业用途 3、如果当切到胶条的时候，有时候会因为张力使用时间过长引起偏离零点的变化，出现崩边等情况。 MB、NTC等线切割机一般的张力控制在送线和收线相差不到1，只有安永的相差7.5。七、工件的进给速度 工件的进给速度与钢线速度、砂浆的切割能力以及工件形状在进给的不同位置等有关。工件进给速度在整个切割过程中，是由以上的相关因素决定的，也是最没有定量的一个要素。但控制不好，也可能会出现线痕片等不良效果，影响切割质量和成品率。个人收集整理 勿做商业用途 总之，太阳能硅片线切割机的操作，是一个经验大于技术流程与标准的精细活。只有在实际操作中，不断总结与探讨，才能对机器的驾驭游刃有余。个人收集整理 勿做商业用途线痕和断线分析硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片（图1）。这些硅片就是制造光伏电池的基板。硅片是晶体硅光伏电池技术中最昂贵的部分，所以降低这部分的制造成本对于提高太阳能对传统能源的竞争力至关重要。本文将对硅片切片工艺、制造业的挑战和新一代线锯技术如何降低切片
