太陽電池的硅片切割技術(shù)詳解
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。(圖1)這些硅片就是制造光伏電池的基板。
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圖 1.硅片切割的3個(gè)步驟： 切料, 切方和切片
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(duì)于提高太陽能對(duì)傳統(tǒng)能源的競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。本文將對(duì)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(gè)概述。
線鋸的發(fā)展史
第一臺(tái)實(shí)用的光伏切片機(jī)臺(tái)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PWS精確硅片處理系統(tǒng)事業(yè)部的前身。這些機(jī)臺(tái)使用切割線配以研磨漿來完成切割動(dòng)作。今天，主流的用于硅錠和硅片切割的機(jī)臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)仍然源于Charles Hauser 博士最初的機(jī)臺(tái)，不過在處理載荷和切割速度上已經(jīng)有了顯著的提高。
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(dòng)作的超細(xì)高強(qiáng)度切割線。最多可達(dá)1000條切割線相互平行的纏繞在導(dǎo)線輪上形成一個(gè)水平的切割線“網(wǎng)“。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線輪使整個(gè)切割線網(wǎng)以每秒5到25米的速度移動(dòng)。切割線的速度、直線運(yùn)動(dòng)或來回運(yùn)動(dòng)都會(huì)在整個(gè)切割過程中根據(jù)硅錠的形狀進(jìn)行調(diào)整。在切割線運(yùn)動(dòng)過程中，噴嘴會(huì)持續(xù)向切割線噴射含有懸浮碳化硅顆粒的研磨漿。
圖 2. 硅塊通過切割線組成的切割網(wǎng).
硅塊被固定于切割臺(tái)上，通常一次4塊。切割臺(tái)垂通過運(yùn)動(dòng)的切割線切割網(wǎng)，使硅塊被切割成硅片(圖2)。 切割原理看似非常簡(jiǎn)單，但是實(shí)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(shí)間。
