先进线锯切割技术的.pdfVIP

先进线锯切割技术 在太阳能光伏电池制造中的应用 应用材料公司外部使用 先进线锯切割技术 在太阳能光伏电池制造中的应用 简介 为了使太阳能电池能够最终在取决于每瓦成本的能源供应市场上具有竞争力，光伏价值链中每个生产步骤 的总体拥有成本（图 1）都至关重要。晶体硅片的生产也不例外：处理一片硅片的总体拥有成本是降低其 总体成本的主要动力。 硅锭生长 硅砖加工 硅锭生长 硅砖切割  晶体硅片 / 晶体化 (研磨 + 晶体硅片 清洁 度量 硅砖裁切 倒角) - 多晶硅 单晶硅 图1: 晶体硅太阳能光伏硅片切割价值链 图2: Applied HCT 切方机 硅片切割工艺始于由单晶硅或多晶硅材料制成的实心硅锭。线锯将硅锭裁成方块（图 2），然后再切割成 很薄的硅片。这些晶体硅片就被用作制造光伏电池的衬底。如今的线锯切割大多数是通过多线切割技术 （ MWS）实现的。 本文简要介绍线锯切割工艺及生产过程中面临的各种挑战，并且展示了能同时降低硅锭切方与硅片切割成 本的下一代线锯切割技术。 线锯的历史 第一台可实际使用的光伏硅片切割机是以瑞士 HCT 成型系统公司（HCT Shaping Systems）的创始人 Charles Hauser 博士的开创性研究为基础研制而成，于上个世纪八十年代投入使用。(如今是应用材料公 司的精密硅片切割系统部门。) 这类设备使用携带研磨浆料的切割线，通过切割线运动来切割硅片。即使 到现在为止，大多数用来将硅锭开方和切片的线锯仍然保留了与 Hauser 博士的原型机器相同的基本结构， 但是载荷与切割速度都得到了大幅提升。 线锯切割工艺 现代线锯的核心部分是缠绕在导轮上、直径为 110µm-140µm 的单根切割钢线。这种导轮开槽精细且槽距均 匀，形成平行切割线的水平网状结构或网（图 3）。强大的驱动力使整张网在相对高速（每秒 10 米到 20 米）下运行。浆料，一种由耐磨粒子加冷却液制成的悬浮液，通过喷嘴输送到运动中的切割线上。切割线 将浆料传送到切割区。将要切割的硅锭被固定在切割台上并且与切割头逆向垂直运动。这一动作将硅锭推 2 白皮书 应用材料公司外部使用 过切割线网，同时产生大量的硅块或硅片。在使用浆料的多线锯切割系统中，切割运动基本上是一种快速 的三体磨损过程，其特点在于使用了一种基于滚动及压入的切割机制[1]。 硅锭 上层工作台 切割 线网 浆料喷嘴 入线轴 卷线轴 下层工作台 切割前 切割后 图3: 多线锯系统示意图。硅锭被推过过切割线网。 线锯切割的原理浅显易懂，但是真正的挑战来自于实际操作。线锯必须准确地平衡切割线的直径、切割速 度以及切割总面积，这样才能既不造成切割线断裂又能保证精确的形状控制和高成品率。 降低成本 多线切割系统在进行硅片切割时的总体拥有成本取决于 4 个关键因素（按照重要性递减顺序）：多晶硅的 市场价格、硅片成品率、切割耗材的成本以及生产率。 提高成品率可以在降低硅片切割成本方面带来极大的改进，而对于原材料成本来说，能做的事情并不多或 者根本没有办法。硅片成品率，即每单位原材料所制成硅片的可用面积，受两大因素的影响：切割过程中 原材料的损耗（“锯末”或锯缝损失）以及切割过程中产生的未达标硅片。硅原料的利用率可通过减少锯 缝损失或在保证切割质量的同时降低硅片厚度来加以提高。硅片的厚度由导轮的槽距决定，而锯缝损失取 决于钢线直径与磨料颗粒的大小。在过去十年中，光伏硅片的厚度已经从 330µm 减少到如今常见的 180µm ，而且未来这一趋势还会继续。线锯切割系统的切割线