太陽(yáng)電池的硅片切割技術(shù)詳解

　　減少硅料消耗

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

　　讓硅片變得更薄同樣可以減少硅原料消耗。在過(guò)去的十多年中，光伏硅片的厚度從原來(lái)的330µm降低到現在普遍的180-220µm 范圍內。這個(gè)趨勢還將繼續，硅片厚度將變成 100μm. 減少硅片厚度帶來(lái)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60%。

　　制造業(yè)的挑戰

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

　　1) 切割線(xiàn)直徑 – 更細的切割線(xiàn)意味著(zhù)更低的截口損失，也就是說(shuō)同一個(gè)硅塊可以生產(chǎn)更多的硅片。然而，切割線(xiàn)更細更容易斷裂。

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

　　3) 切割速度 – 切割臺通過(guò)切割線(xiàn)切割網(wǎng)的速度，這在很大程度上取決于切割線(xiàn)運動(dòng)速度，馬達功率和切割線(xiàn)拉力。

　　4) 易于維護性 – 線(xiàn)鋸在切割之間需要更換切割線(xiàn)和研磨漿，維護的速度越快，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(xiàn)的拉力，增加切割線(xiàn)斷裂的風(fēng)險。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(xiàn)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(xiàn)也并不可取，這會(huì )減少每次切割所生產(chǎn)的硅片數量，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，因為它關(guān)系到每個(gè)硅塊所生產(chǎn)出的硅片數量。超薄的硅片給線(xiàn)鋸技術(shù)提出了額外的挑戰，因為其生產(chǎn)過(guò)程要困難得多。除了硅片的機械脆性以外，如果線(xiàn)鋸工藝沒(méi)有精密控制，細微的裂紋和彎曲都會(huì )對產(chǎn)品良率產(chǎn)生負面影響。超薄硅片線(xiàn)鋸系統必須可以對工藝線(xiàn)性、切割線(xiàn)速度和壓力、以及切割冷卻液進(jìn)行精密控制。

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

　　新一代線(xiàn)鋸產(chǎn)品

　　為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對于更低成本和更高生產(chǎn)力的要求，新一代線(xiàn)鋸必須提升切割速度，使用更長(cháng)的硅塊從而提高切割荷載。更細的切割線(xiàn)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(xiàn)拉力以此保持切割線(xiàn)的牢固性。

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

　　MaxEdge是業(yè)界第一個(gè)專(zhuān)門(mén)設計使用細切割線(xiàn)的線(xiàn)鋸系統 ，最低可達到80μm。相對于業(yè)界領(lǐng)先的應用材料公司HCT B5線(xiàn)鋸系統，這些改進(jìn)減少了硅料損失使產(chǎn)量提高多達50%。

　　圖 3. 應用材料公司 MaxEdge線(xiàn)鋸系統

　　更高生產(chǎn)力的線(xiàn)鋸系統在同樣的硅片產(chǎn)量下可以減少機臺數量。因此，制造商可以大幅降低設備、操作人員和維護的成本。