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线痕和断线分析2.doc线痕和断线分析2011-07-27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品硅的固体硅锭。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。硅片是晶休硅光伏电池技术屮最昂贵的部分,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CharlesHauser博士前沿性的研究和T作。CharlesHauser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精确硅片处理系统事业部(PWS)的前身。这些机台使用切割线配以研磨浆來完成切割动作。今天,主流的用于硅锭和硅片切割的机台的基木结构仍然源TCharlesHauser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着的提高。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、直线运动或來回运动都会在整个切割过程中根据硅锭的形状进行调整。在切割线运动过程屮,喷嘴会持续向切割线喷射含有悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。,通常一次4块。切割台垂直通过运动的切割线组成的切割网,使硅块被切割成硅片(图2)。切割原理看似非常简单,但是实际操作过程屮有很多挑战。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而积,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。减少硅料消耗对于以硅片为基底的光伏电池來说,晶体硅(c-Si)原料和切割成木在电池总成木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180-160um降低到了目前普遍使用的140-100umo降低切割线宜径还可以在同样的硅块长度下切割岀更多的硅片,提升机台产量。让硅片变得更薄同样可以减少硅原料消耗。在过去的I•多年中,光伏硅片的厚度从原来的330um降低到现在普遍的180-220um范围内。这个趋势还将继续,,从330um到130iim,光伏电池制造商最多叮以降低总体硅原料消耗量多达60%o制造业的挑战在硅片切割工艺中我们需要面对多项挑战,主要聚焦于线锯的生产力,也就是单位时间内生产的硅片数量。生产力取决于以下儿个因索:1) 切割线直径一一更细的切割线意味着更低的截口损失,也就是说同一个硅块叮以生产更多的硅片,然而,切割线更细更容易断裂。2) 荷载一一每次切割的总面积,等于硅片面积X每次切割的硅块数量X每个硅块所切割成的硅片数量。3) 切割速度——切割台通过切割线组成的切割网的速度,这在很大程度上取决于切割线运动速度,马达功率和切割线拉力。4) 易于维护性——线锯在切割之间需要更换切割线和研磨浆,维护的速度越快,总体的生产力就越高。生产商必须平衡这些和关的因素使生产力达到最大化。更高的切割速度和更大的荷载将会