太陽電池的硅片切割技術詳解

　　減少硅料消耗

　　對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了最大的部分。光伏電池生產商可以通過在切片過程中節約硅原料來降低成本。降低截口損失可以達到這個效果，截口損失主要和切割線直徑有關，是切割過程本身所產生的原料損失。切割線直徑已經從原來的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度下切割出更多的硅片，提升機臺產量。

　　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降低到現在普遍的180-220µm 范圍內。這個趨勢還將繼續，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60%。

　　制造業的挑戰

　　在硅片切割工藝中我們需要面對多項挑戰，主要聚焦于線鋸的生產力，也就是單位時間內生產的硅片數量。生產力取決于以下幾個因素：

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

　　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每個硅塊所切割成的硅片數量 。

　　3) 切割速度 – 切割臺通過切割線切割網的速度，這在很大程度上取決于切割線運動速度，馬達功率和切割線拉力。

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

　　生產商必須平衡這些相關的因素使生產力達到最大化。更高的切割速度和更大的荷載將會加大切割切割線的拉力，增加切割線斷裂的風險。由于同一硅塊上所有硅片是同時被切割的，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，這會減少每次切割所生產的硅片數量，并增加硅原料的消耗量。

　　硅片厚度也是影響生產力的一個因素，因為它關系到每個硅塊所生產出的硅片數量。超薄的硅片給線鋸技術提出了額外的挑戰，因為其生產過程要困難得多。除了硅片的機械脆性以外，如果線鋸工藝沒有精密控制，細微的裂紋和彎曲都會對產品良率產生負面影響。超薄硅片線鋸系統必須可以對工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進行精密控制。

　　無論硅片的厚薄，晶體硅光伏電池制造商都對硅片的質量提出了極高的要求。硅片不能有表面損傷(細微裂紋、線鋸印記)，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。

　　新一代線鋸產品

　　為了滿足市場對于更低成本和更高生產力的要求，新一代線鋸必須提升切割速度，使用更長的硅塊從而提高切割荷載。更細的切割線和更薄的硅片都提升了生產力，同時，先進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臺產量的一個創新方法。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是業界第一個專門設計使用細切割線的線鋸系統 ，最低可達到80μm。相對于業界領先的應用材料公司HCT B5線鋸系統，這些改進減少了硅料損失使產量提高多達50%。

　　圖 3. 應用材料公司 MaxEdge線鋸系統

　　更高生產力的線鋸系統在同樣的硅片產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。