光伏材料硅片切割技术研讨

我国自1980年以后，中国能源总消耗量每年增长约为5%，是世界增长率的近三倍，目前能源储备和未来需求之间存在大量缺口。预测到2020年，中国石油消费量将达到4亿5000万吨到6亿1000万吨，专家预测国内最多供应量在1亿8000到2亿吨左右，缺口将达到2亿到6亿吨。由于中国石油不可能大幅度增长，因此巨大的能源缺口将严重依赖进口能源补给。(图1-1为我国近年石油情况)进口预测中国2020年以后，石油对外依赖度将>55%，进口天然气对外依存度到达25%-40%，煤的需求量将达到40-60吨。2020年以后中国能源供应缺口将进一步加大。国家的经济发展和安全离不开能源的开发，能源是各国经济的血脉，是政治稳定的基石，能源的发展已经摆在政治的高度和经济的发展战略上。

今天我国在新能源领域已经取得喜人的成绩，光伏市场和产品制造全球第一，全球光伏市场重心已从欧美地区向亚太地区转移。我国光伏装机容量逐年上升，2015年光伏规划装机容量在17.5GW已提前完成，预测光伏装机热潮会持续5-10年，平均未来会几十瓦增长量增长，发展潜力巨大。“光伏发电是创造适应社会发展与能源需求的最佳能源供应模式，是未来能源的主力”。

硅材料状况

现阶段光伏产业中光伏材料，仍以硅材料为主，晶硅光伏材料是光伏电池制备的主力军，现今仍处于一个主导地位，预测晶硅电池材料的主导地位在未来十年不会动摇，晶硅电池占市场率80%以上，单多晶是电池材料的基础，是高效单晶电池的主要原料，我国近几年每年多晶硅需求量在20-30万吨左右，预计随装机容量的上升还会增长。多晶生产的核心技术一直被欧美和日本等几个少数厂家拥有，技术处于长期封锁。近几年，随着光伏应用市场的转移，和我国企业的技术引进，消化，创新，我国目前在多晶硅制造已经取得重大突破，多晶硅产量不断增长，2007年达到千亿吨产量，2009达到万亿吨产量，2014年十万吨，2012年由于国际市场冷淡，国内光伏企业遭遇“寒冬期”多晶硅企业大面积停产，预测2016年我国多晶硅需求在20-30万吨左右。

多晶硅技术的方法

目前多晶硅生产技术主要有三种：改良西门子法，硅烷流化床法，冶金法”其中前两者制备方法较为常用，中国企业大多采用改良西门子法，改良西门子法制备多晶硅技术最成熟，最可靠，投产速度最快，节能技术明显，成本低质量好，不对环境产生污染：冶金法具有成本高，产品质量低，衰减高等特点，烷流化床法成本相对比较低，但晶硅纯度较差。目前我国电池材料领域大多是建立在多晶硅制造基础，多晶材料占电池材料大半江山，无论利用磁控技术还是区容技术制备单晶电池材料，还是以上三种方法制取多晶硅都需要经过硅片切割。

电池制备工艺

单晶电池制备主要工艺：单晶硅棒-截断-开方-磨面-切片-清洗-检测分级-包装。

多晶电池制备主要工艺：多晶硅锭-开方-切断-磨面-倒角-切片-清洗-检测-包装。

单多晶硅片制备方法有异同点，在硅片切割工艺后续工艺基本相同。

硅片来料检验—制绒—扩散制结-PECVD-去PSG磷硅玻璃—丝网印刷背电场电极-烧结-检测分级-包装。

电池加工工艺异点在制绒工艺上，单晶采用异性碱制绒，多晶采用各向同性酸制绒。目前由于多晶由于转换效率和单晶只相差1-2百分点，制造成本低，是电站组件选型的潮流之选。单晶生产工艺几乎都可以用于多晶电池工艺生产，生产规模迅速扩大。由于单晶电池工艺近期生产不断改进，制造工艺成本基本和多晶制造工艺成本持平，凭借其转化率较高，又有取代多晶的市场份额的趋势，总之目前随着国内光伏应用市场的开发，高效组件市场需求是趋势。

硅片切割技术

目前硅片切割技术多采用多线切割技术，相比以前的内圆切割，有切割效率高，成本低，材料损耗少。目前硅片能够切出的最薄度在200um左右。实际太阳能电池的最佳性能厚度是在60-100um.，之所以维持在200um左右是因为太阳能电池的机戒性考虑，硅片厚度减少厚度减少已不再适应这些电池工艺，如腐蚀，丝网印刷等，硅片厚度的减少带来了很大的电池制备技术难点，当然目前切片技术也无法满足其技术要求。

切割硅片是电池片加工的重要步骤，直接影响硅片表面晶向，厚度，表面粗糙度，翘曲度，硅片制造过程可能出现断线，停机，厚度不均匀，粗糙度过大等(工艺难点);以前硅片，电池工艺，组件制造，三部分几乎平分各占成本33%左右，现在由于电池工艺和组件制造方面技术的改进，三者成本分布分别为50%，25%25%(成本);在硅片切割过程中材料损失越位50%，浪费严重(材料节约)。因此对硅片技术进行研究，研讨，技术改进具有重要意义。

一、硅片切割作为硅片加工工艺过程中最关键的工艺点，其加工工艺和加工质量直接影响整个生产全局，和后续电池片工艺制备，因此硅片切割要有严格的工艺要求。

1、硅片切割工艺所要遵守的技术原则：

1)断面完整性好，消除拉丝和印痕迹。

2)切割精度要高，表面平行度高，厚度误差小。

3)提高成品率，缩小切割缝隙，减少材料损失。

4)提高切割速度，提高生产效率，实现智能控制，自动进行切割。

二．多线切割机理论切片数量计算方法分析：

1、D=T+F+dw+DS

槽距=硅片厚度+游移量+钢线直径+金刚砂直径

理论切片数量=单晶有效长度/槽距