硅片切割技术

硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固
体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片。（图

1）这些硅片就是制造光伏

电池的基板。

 

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                              图 1.硅片切割的 3 个步骤： 切料, 切方和切片 
    硅片是晶体硅光伏电池技术中最昂贵的部分，所以降低这部分的制造成本对于提高太阳
能对传统能源的竞争力至关重要。本文将对硅片切片工艺、制造业的挑战和新一代线锯技术
如何降低切片成本做一个概述。

  

线锯的发展史

 

    第一台实用的光伏切片机台诞生于 1980 年代，它源于 Charles Hauser 博士前沿性的研究
和工作。

Charles Hauser 博士是瑞士 HCT 切片系统的创办人，也就是现在的应用材料公司

PWS 精确硅片处理系统事业部的前身。这些机台使用切割线配以研磨浆来完成切割动作。今
天，主流的用于硅锭和硅片切割的机台的基本结构仍然源于

Charles Hauser 博士最初的机

台，不过在处理载荷和切割速度上已经有了显著的提高。

 

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切割工艺

 

    现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线。最多可达
1000 条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网“。马达驱动导线轮使
整个切割线网以每秒

5 到 25 米的速度移动。切割线的速度、直线运动或来回运动都会在整个

切割过程中根据硅锭的形状进行调整。在切割线运动过程中，喷嘴会持续向切割线喷射含有
悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。

  

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                                   图 2.  硅块通过切割线组成的切割网. 

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    硅块被固定于切割台上，通常一次 4 块。切割台垂通过运动的切割线切割网，使硅块被切
割成硅片（图

2）。 切割原理看似非常简单，但是实际操作过程中有很多挑战。线锯必须精

确平衡和控制切割线直径、切割速度和总的切割面积，从而在硅片不破碎的情况下，取得一
致的硅片厚度，并缩短切割时间。

  

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减少硅料消耗

 

    对于以硅片为基底的光伏电池来说，晶体硅(c-Si)原料和切割成本在电池总成本中占据了
最大的部分。光伏电池生产商可以通过在切片过程中节约硅原料来降低成本。降低截口损失
可以达到这个效果，截口损失主要和切割线直径有关，是切割过程本身所产生的原料损失。
切割线直径已经从原来的

180-160µm 降低到了目前普遍使用的 140-100µm 。降低切割线直

径还可以在同样的硅块长度下切割出更多的硅片，提升机台产量。

 

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    让硅片变得更薄同样可以减少硅原料消耗。在过去的十多年中，光伏硅片的厚度从原来的
330µm 降低到现在普遍的 180-220µm 范围内。这个趋势还将继续，硅片厚度将变成 100μm. 
减少硅片厚度带来的效益是惊人的，从

330μm 到 130μm， 光伏电池制造商最多可以降低