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太阳能晶棒切斜问题分析
文章来源:本网收集  上传时间:2016-10-13  点击人气:103
  摘要:在太阳能硅片切割过程中,常常会出现晶棒切斜的情况,切斜会导致产生厚度偏差片、锯痕不合格片或TTV超差片,从而影响硅片合格率。本文主要对晶棒切斜的原因进行了分析,以降低切斜情况的发生,提高硅片合格率。
  
  1引言
  
  现代光伏行业切割硅片的设备是线锯,它的工作核心是在浆料配合下用于完成工作的钢线。硅片切割过程是由钢线和砂浆共同完成的。线网呈1000条相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的平面。马达带动线导线轮使整个切割线网高速旋转。
  
  硅块被固定于工作台上,每次可以切割4—8块。工作台垂直通过运动的钢线组成的线网,使硅块被切割成硅片。
  
  钢线通过切割室内的导轮,在导轮的沟槽内缠绕成平行的线网,电机驱动导轮转动,从而带动钢线高速转动。此过程中,砂浆会通过浆料嘴流到线网上面,由于砂浆具有一定的粘度和悬浮性,使得砂浆中的碳化硅颗粒包裹在钢线表面,伴随着钢线的运行,与硅块产生摩擦起到切割作用。
  
  2晶棒切斜
  
  正常情况下在切割过程中,导轮槽内高速转动的钢线会保持互相平行且钢线间距相同,若钢线受力的作用发生位错,摆动异常,钢线间距不均匀,则该位置的晶棒会出现切斜。切斜导致产生大量厚度偏差片、锯痕不合格片或TTV超差片,硅片本身厚度有一定的标准浮动范围,一般来说对于厚度为180μm的硅片,其偏差范围为±20μm,超过此范围则成为薄厚片,薄厚片的产生会影响硅片的合格率及电池片的生产工艺。
  
  3切斜原因分析
  
  3.1砂浆
  
  砂浆是由碳化硅和切割液按照一定比例配制而成的,具有一定的粘度和密度值,因此碳化硅和切割液的质量直接决定砂浆的质量和切割能力。
  
  1、切割液。衡量切割液性能的主要参数包括:(1)密度。切割液的密度越大,其与碳化硅的混合性能就越强,所以在选择切割液时,主要选择液体密度高于1.0g/cm3的液体。(2)挥发性。在线锯切割过程中,切割瞬间散发出的热量较大,如果切割液的沸点较低(或挥发度较高),则切割过程损耗较大,难以保证切割出的产品质量。(3)粘度。切割液的粘度是保证切割液具有良好悬浮性和冷却性的重要性能。由于碳化硅颗粒需包裹在钢线表面,且切割过程中碳化硅与硅块摩擦过程中会产生大量热量,切割液的流动会带走热量起到冷却作用。如果切割液粘度小则不能保证碳化硅颗粒均匀悬浮分布,粘度大则会导致砂浆流动性差,不能有效降低而造成灼伤片或者出现断线。(4)表面张力。众所周知,液体的表面张力越低,在固体表面的铺展性越好。这一性能决定了砂浆在钢线表面的附着量。(5)酸碱性。切割砂浆的酸碱性,不仅直接影响硅片的最后洗涤过程,还影响硅片表面的微观加工质量及设备的使用寿命,故切割液的酸碱性不易过强。
  
  2、碳化硅颗粒切割能力不足。衡量碳化硅品质的几个主要的参数包括:(1)碳化硅的硬度。由于在切割过程中碳化硅颗粒不断对硅块进行磨削,如果碳化硅硬度低,则碳化硅的棱角容易被磨圆,降低切割能力,易导致出现切斜。碳化硅的硬度是由其生产原料决定的,主要与冶炼时间有关。(2)碳化硅的粒型。碳化硅的粒型影响硅片表面的光洁度,如果颗粒当中长条状或扁平状的颗粒较多,则在与硅块摩擦的过程中容易断裂,从而使切割能力下降,造成硅片切斜的发生。(3)碳化硅的粒径。碳化硅中颗粒较大或较小都会对切割质量造成不利影响,例如粒径过大会对硅片造成划伤,粒径小则不利于后期砂浆的回收再利用,所以都会要求中值粒径在某一范围内,中粒径的小偏差、高稳定将严重影响硅片的厚度、平行度。(4)碳化硅的圆形度。圆形度表示的是碳化硅棱角的锋利程度,及切割能力的强弱。如果颗粒中针状、片状颗粒多,则圆形度较小,而等积形颗粒多,颗粒表面光滑则圆形度大。在硅片切割时,如果圆形度较大,即棱角平滑,会使切割能力不足导致硅片锯痕或切斜的产生。(5)微粉含量。碳化硅的制作过程中微粉很难处理干净(微粉一般指粒径小于2μm的颗粒),尤其是在线砂浆回收过程是物理回收,离心机的离心作用难以有效将微粉与大颗粒分离开,如果砂浆中微粉量过多,切割过程中微粉会包裹在碳化硅表面,从而使碳化硅的切割能力下降,容易造成切斜。因此,一方面,要保证每次更新砂浆前,浆料缸中的旧砂浆抽干净,防止;同时要定期检测在线回收重液中的微粉含量参数,保证砂浆质量。
  
  3.2导轮
  
  导轮是硅片切割的重要载体,其涂层为聚氨酯材料,当使用一段时间之后,导轮槽会发生磨损,槽深变深,槽的根部直径也会变大,与钢线直径不能完全吻合,因此在切割过程中,钢线在槽内会来回摆动,导致钢线间距不均匀变化;若槽壁磨损严重,则会造成钢线跳出原来的线槽到另外的线槽中,导致切斜。此时,应将导轮换下,使用新导轮。另一方面,每次切割结束后,会有部分碳化硅和其它物质沉积在导轮槽内,若不及时清理,会造成各导轮槽深浅不一,线网容易出现高低线,同时会加剧导轮槽的磨损。为减小对导轮的磨损,每次切割结束后,使用铜刷刷导轮,将导轮槽内的碳化硅进行清理,然后通过气枪使用压缩空气将导轮槽吹干净,减少导轮槽内碳化硅颗粒和其它物质的沉积。
  
  3.3砂浆内有杂物
  
  在硅片切割过程中,不可避免会有碎导向条、碎片等杂物掉落到机床切割室内,若砂浆过滤装置如切割室过滤网、浆料缸过滤桶等过滤不彻底,杂物会混入砂浆中流入浆料缸,容易堵塞热交换器或浆料嘴。热交换器堵塞,会导致机床不断报警,同时砂浆流量达不到设定要求,而浆料嘴堵塞则会造成断流,这都会造成切割能力不足进而导致切斜。可采取的措施是保证过滤网、过滤桶等过滤装置完好无损,同时可在过滤桶内安装过滤袋实现二次过滤以进一步提高砂浆质量,每切割完一锯硅片更换一个新的过滤袋。此外,在切割过程中,由于钢线的磨损会产生大量铁粉混入砂浆中,切割完的砂浆进行回收的过程中,此部分铁粉不能被有效分离出来,为此,可在过滤袋内放置一根大小合适的磁棒用来吸铁粉,降低砂浆中的铁粉含量。
  
  3.4钢线张力
  
  钢线张力是硅片切割工艺的核心要素,直接影响钢线的摆动情况,进而影响钢线之间的间距及线网的平整度。切割过程中,收线轴和放线轴的钢线都要保持在一定的张力范围内,一般0.12mm钢线放线轴张力设定范围为21N-24N,收线轴张力设定范围为21-24N;0.13mm钢线放线轴张力设定范围为22N-25N,放线轴张力设定范围为21-24N。张力过大或过小都不利于悬浮在钢线上的碳化硅颗粒进入锯缝进行切割。钢线张力正常波动范围为±1N。
  
  4小结
  
  通过从砂浆、导轮、杂物、钢线张力方面对影响晶棒切斜的原因进行分析,可以有效避免切斜情况的出现,对提高硅片合格率、降低硅片加工成本有重要的意义。目前硅片依然是晶体硅光伏发电中成本最昂贵的部分之一。因此,减少硅料消耗,提高晶棒的切割质量,是当前降低硅片切割生产成本的目标。
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