太陽電池的硅片切割技術(shù)詳解

　　減少硅料消耗

　　對(duì)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(dá)到這個(gè)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(zhǎng)度下切割出更多的硅片，提升機(jī)臺(tái)產(chǎn)量。

　　讓硅片變得更薄同樣可以減少硅原料消耗。在過去的十多年中，光伏硅片的厚度從原來的330µm降低到現(xiàn)在普遍的180-220µm 范圍內(nèi)。這個(gè)趨勢(shì)還將繼續(xù)，硅片厚度將變成 100μm. 減少硅片厚度帶來的效益是驚人的，從330μm 到 130μm， 光伏電池制造商最多可以降低總體硅原料消耗量 多達(dá)60%。

　　制造業(yè)的挑戰(zhàn)

　　在硅片切割工藝中我們需要面對(duì)多項(xiàng)挑戰(zhàn)，主要聚焦于線鋸的生產(chǎn)力，也就是單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的硅片數(shù)量。生產(chǎn)力取決于以下幾個(gè)因素：

　　1) 切割線直徑 – 更細(xì)的切割線意味著更低的截口損失，也就是說同一個(gè)硅塊可以生產(chǎn)更多的硅片。然而，切割線更細(xì)更容易斷裂。

　　2) 荷載 – 每次切割的總面積，等于硅片面積X每次切割的硅塊數(shù)量X每個(gè)硅塊所切割成的硅片數(shù)量 。

　　3) 切割速度 – 切割臺(tái)通過切割線切割網(wǎng)的速度，這在很大程度上取決于切割線運(yùn)動(dòng)速度，馬達(dá)功率和切割線拉力。

　　4) 易于維護(hù)性 – 線鋸在切割之間需要更換切割線和研磨漿，維護(hù)的速度越快，總體的生產(chǎn)力就越高。

　　生產(chǎn)商必須平衡這些相關(guān)的因素使生產(chǎn)力達(dá)到最大化。更高的切割速度和更大的荷載將會(huì)加大切割切割線的拉力，增加切割線斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。由于同一硅塊上所有硅片是同時(shí)被切割的，只要有一條切割線斷裂，所有部分切割的硅片都不得不丟棄。 然而，使用更粗更牢固的切割線也并不可取，這會(huì)減少每次切割所生產(chǎn)的硅片數(shù)量，并增加硅原料的消耗量。

　　硅片厚度也是影響生產(chǎn)力的一個(gè)因素，因?yàn)樗P(guān)系到每個(gè)硅塊所生產(chǎn)出的硅片數(shù)量。超薄的硅片給線鋸技術(shù)提出了額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)槠渖a(chǎn)過程要困難得多。除了硅片的機(jī)械脆性以外，如果線鋸工藝沒有精密控制，細(xì)微的裂紋和彎曲都會(huì)對(duì)產(chǎn)品良率產(chǎn)生負(fù)面影響。超薄硅片線鋸系統(tǒng)必須可以對(duì)工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進(jìn)行精密控制。

　　無論硅片的厚薄，晶體硅光伏電池制造商都對(duì)硅片的質(zhì)量提出了極高的要求。硅片不能有表面損傷(細(xì)微裂紋、線鋸印記)，形貌缺陷(彎曲、凹凸、厚薄不均)要最小化，對(duì)額外后端處理如拋光等的要求也要降到最低。

　　新一代線鋸產(chǎn)品

　　為了滿足市場(chǎng)對(duì)于更低成本和更高生產(chǎn)力的要求，新一代線鋸必須提升切割速度，使用更長(zhǎng)的硅塊從而提高切割荷載。更細(xì)的切割線和更薄的硅片都提升了生產(chǎn)力，同時(shí)，先進(jìn)的工藝控制可以管理切割線拉力以此保持切割線的牢固性。

　　使用不止一組切割切割線是在保持速度的前提下提高機(jī)臺(tái)產(chǎn)量的一個(gè)創(chuàng)新方法。應(yīng)用材料公司最新的MaxEdge™ 系統(tǒng)(圖三 3)采用了獨(dú)特的兩組獨(dú)立控制的切割組件(圖 4)。

　　MaxEdge是業(yè)界第一個(gè)專門設(shè)計(jì)使用細(xì)切割線的線鋸系統(tǒng) ，最低可達(dá)到80μm。相對(duì)于業(yè)界領(lǐng)先的應(yīng)用材料公司HCT B5線鋸系統(tǒng)，這些改進(jìn)減少了硅料損失使產(chǎn)量提高多達(dá)50%。

　　圖 3. 應(yīng)用材料公司 MaxEdge線鋸系統(tǒng)

　　更高生產(chǎn)力的線鋸系統(tǒng)在同樣的硅片產(chǎn)量下可以減少機(jī)臺(tái)數(shù)量。因此，制造商可以大幅降低設(shè)備、操作人員和維護(hù)的成本。