金刚線(xiàn)切割工艺对硅片表观质量影响研究

引言

根据最新(xīn)全球市场分(fēn)析，晶體(tǐ)硅電(diàn)池由于工艺控制稳定，转换效率优势明显，始终占据着80％以上的份额。当前，光伏产品并网发電(diàn)的趋势越来越明显，导致市场竞争日趋激烈，下游对上游的产品品质要求愈发严格。产业链各环节都通过工艺提升及现场控制等策略提高产品品质，以满足市场要求。晶體(tǐ)硅電(diàn)池的原材料是硅片，现今主要的工艺方法是采用(yòng)金刚線(xiàn)切割方式。从2016年下半年开始，金刚線(xiàn)硅片切割技术在硅片生产环节全面推广，而金刚線(xiàn)硅片的表观质量95％以上都与金刚線(xiàn)切割工艺息息相关。通过对照硅片表观质量不良，分(fēn)析改进切割工艺参数，是当前硅片生产技术提升的主要方向，预计到2020年金刚線(xiàn)切片将全面代替传统的砂浆切割工艺，完成革命性的进步。

1 金刚線(xiàn)硅片切割工艺特点及原理(lǐ)

1.1 金刚線(xiàn)切割技术特点

相对于传统的砂浆切割，金刚線(xiàn)切割技术具有(yǒu)切割速度快、硅料损耗低、环保处理(lǐ)难度低等优势。金刚線(xiàn)切割技术的推广使切片环节的产能(néng)增加到原来的2.5倍，据不完全统计，全國(guó)目前硅片生产产能(néng)达到50ＧＷ。同时，金刚線(xiàn)切割技术将硅材料的利用(yòng)率提升了25％，有(yǒu)效降低了生产环节的主材及辅材的消耗。参照单晶硅片的生产成本核算，硅片成本从2016年上半年的6元／片下降到现今3.15元/片，降幅达到50％。

1.2 金刚線(xiàn)切割工艺原理(lǐ)

金钢線(xiàn)切割是将金刚石采用(yòng)粘接和電(diàn)镀的方式固定在直拉钢線(xiàn)上进行高速往返切削，根据金刚石固定方式的差异分(fēn)為(wèi)树脂金钢線(xiàn)和電(diàn)镀金钢線(xiàn)两种。其结构对比见图１。

金刚線(xiàn)切割方式是一种固粒式切割，而传统的砂浆切割则是一种游离式切割方式。其原理(lǐ)对照如图２所示。

2 实验方法

2.1 实验思路

通过调整金刚線(xiàn)切割中的工艺参数線(xiàn)速、张力、切割液流量，对照硅片表观质量不良的比例数据，确定金刚線(xiàn)切割参数变化对硅片表观质量的影响。

2.2 实验条件

设备：國(guó)产高测金刚線(xiàn)专用(yòng)切片机GC－630；

材料：電(diàn)镀金刚線(xiàn)，Φ65μm，破断张力18Ｎ，卷螺距0.6ｍｍ；

切割液，双组份，添加比例1:350，ｍ（切割液）：ｍ（消泡剂）＝100:1。

切割负载，单刀(dāo)装载長(cháng)度為(wèi)650mm～660mm，满载切割。

其他(tā)：导轮槽距0.265mm，单刀(dāo)工艺用(yòng)線(xiàn)量為(wèi)3.5km，硅片切割理(lǐ)论厚度（200±20）μｍ。

2.3 实验方法及过程

通过调整工艺参数的線(xiàn)速、入刀(dāo)进给速度、张力、切割液流量，每种参数调整按照５次切割实验进行，调整过程中其他(tā)两种参数维持不变，对每次切割完成后硅片表观类型崩边、色差、污片的比例进行统计对照。

实验一：在张力以及切割液流量维持不变的情况下，将線(xiàn)速按照1100、1150、1200、1250、1300m/min分(fēn)别完成一刀(dāo)切割。对单刀(dāo)硅片表观不良情况进行统计。

实验二：在線(xiàn)速以及切割液流量维持不变的情况下，将张力按照9.5、10.0、10.5、11.0、１12Ｎ 设定分(fēn)别完成一刀(dāo)切割。对单刀(dāo)硅片表观不良情况进行统计。

实验三：在张力以及線(xiàn)速维持不变的情况下，将切割液流量按照170、180、190、200、210L/min分(fēn)别完成一刀(dāo)切割。对单刀(dāo)硅片表观不良情况进行统计。

2.4 工艺参数对表观质量影响分(fēn)析

１）線(xiàn)速变化的影响分(fēn)析

通过完成实验一，并对数据进行汇总，见表１。

对表１中数据变化趋势进行分(fēn)析，当線(xiàn)速增加的情况，崩边的比例出现明显的下降，当線(xiàn)速达到1200m/min以上，崩边比例基本维持在２％左右，趋于稳定；色差比例略有(yǒu)下降，幅度较小(xiǎo)，达到1250m/min以上时基本在1.6%左右；而污片基本与線(xiàn)速调整关系不大。

结合金刚線(xiàn)切割原理(lǐ)进行分(fēn)析，切割的作用(yòng)主要通过金刚石颗粒实现，当線(xiàn)速增加时单位时间参与切割的金刚石颗粒比例增大，钢線(xiàn)切割能(néng)力增强，在硅片边缘部位钢線(xiàn)行走更為(wèi)平稳，因此崩边比例下降。同时，切割能(néng)力增加也使得在切割后期钢線(xiàn)切割环境维持稳定，有(yǒu)助于对色差的改善。

２）张力变化的影响分(fēn)析

通过完成实验二，并对数据进行汇总，见表２。

对表２中数据变化进行分(fēn)析，在钢線(xiàn)张力增加情况下，崩边和色差比例略微有(yǒu)所下降，但整體(tǐ)幅度都不大。其根本原因在于，张力的增加能(néng)够减小(xiǎo)切割中線(xiàn)弓，保证切割进刀(dāo)及出刀(dāo)的平稳性，但是由于切割过程更多(duō)与钢線(xiàn)的切割能(néng)力有(yǒu)关，因此改善效果不明显。另外，污片比例变化不大。

３）切割液流量变化的影响分(fēn)析

通过完成实验三，并对数据进行汇总，见表３。

对表３中数据变化进行分(fēn)析，当切割液流量增加情况下，崩边比例基本维持不变；色差比例有(yǒu)所下降，主要原因在于，流量增大后，在一定程度上能(néng)够降低出刀(dāo)阶段硅粉在切割面堆积而影响切割环境，局部區(qū)域切割液中硅粉含量不会增加；而污片比例则出现明显的下降，这也主要是因為(wèi)，切割液增大流速后，对于硅片切割过程中出现的硅粉能(néng)够及时进行分(fēn)散，硅片表面的残留物(wù)难易附着。

３结语

通过对切割工艺中的关键参数进行调整，同时结合切割数据进行分(fēn)析，能(néng)够明确工艺变化对于硅片表面质量的指向性。对于生产过程中硅片的质量工作面巷道的支护提供一定的技术参考。

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