太阳能硅片电磨削多线切割技术及装备

技术简介

太阳能硅片多线切割机是一种大型、复杂、精密的核心光伏制造装备，长期依赖进口。目前，国外已能采用多线切割的方法生产出面积较大而又较薄的硅片(300mm×300mm)，但由于仍属于非刚性切割，在切割过程中切割线必然产生变形从而不断产生瞬间的冲击作用，要使目前的大尺寸硅片厚度和切割损耗进一步降低，实现低成本高效切割，技术难度相当大。

因此，针对现阶段国内外晶硅太阳能电池的制造技术瓶颈，寻求解决降低成本和提高光电转换效率的有效方法和途径，2009年，技术开发单位基于硅片磨削/电解多线切割原理，发明一种低宏观切削力、少机械损伤的太阳能硅片电磨削多线切割新方法。
从太阳能级晶硅表面能带结构、载流子扩散方式及磨料滚动切割特性入手，掌握了硅片的机械磨削复合微区电化学钝化（或腐蚀）材料去除和绒面形成机制，建立了全新的太阳能硅片高效低成本加工体系。采用较低电导率的水性切削液，外加低压连续（或脉冲）直流电源，基于机械磨削和电解复合加工原理，降低宏观切削力，实现大尺寸超薄硅片的磨削/电解复合多线切割，从而满足光伏产业的生产工艺需求。
目前，采用该技术较传统游离磨料多线切割效率提高一倍以上，与固结磨料多线切割效率相当，且表面完整性优于单独采用游离（或固结）磨料的传统多线切割方法；采用常规制作工艺，研制成功的太阳能多晶硅电池片平均光电转换效率达到17.5%。
为应用与推广上述技术，已在现有主流游离磨料多线切割设备上进行工艺验证和参数优化，并与国内外耗材厂家合作，开展相关的耗材如切割线、磨料使用等关键工艺技术的研发，为高效低成本太阳能硅片的规模化生产奠定坚实的基础。
该项目实施后，与现有多线切割技术相比，切割线、磨料及切削液等耗材成本将降低20%以上；此外，将为国产新型多线切割设备的研制及国内现有近8000台进口多线切割设备的升级换代提供借鉴经验。

技术指标

针对太阳能电池市场现状，以8寸多晶硅片（电阻率0.5-5Ω•cm）为例，拟达到的主要技术指标如下：

（1）切片厚度：190±15μm
（2）硅片总厚度误差：＜20μm
（3）切缝宽度：小于180μm
（4）切割速度：大于0.5mm/min
（5）良品率：提高5%以上
（6）光电转换效率：提高0.3～0.5%

技术特点

（1）加工原理的创新
在现有多线切割技术基础上，发明了一种硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法，基于机械磨削和电解复合加工原理，降低宏观切削力，促进切割效率和表面完整性的提高，降低断丝几率，从而满足太阳能硅片的高效低成本切割要求；
（2）工艺方法的突破与创新
通过研制磨削/电解多线切割设备，采用太阳能硅片的切割制绒一体化工艺方法，有利于提高硅片制绒质量，显著减少后续减薄量，提高光电转换效率进一步降低生产成本。
与国外同类产品相比，在切割原理、张力控制、伺服运动、应用范围等方面更为出色，提高切割效率一倍以上，表面完整性好，能有效提高硅片品质和太阳电池光电转换效率。

技术水平

国际先进

可应用领域和范围

光伏产业

专利状态

已取得专利1项，申请专利2项。

技术状态

小批量生产、工程应用阶段

合作方式

技术转让、许可使用、合作开发、技术服务

投入需求

400万元