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硅片切割技术是指将单晶硅棒或多晶硅锭切割成一定厚度硅片的切割技术。这道工序基本决定硅片的四个重要参数，即硅片表面的晶向、厚度、平行度和翘曲度，其加工效率和加工质量直接关系着整个硅片生产的全局硅片。1 T3 p2 m! c3 a$ l
固结磨料多线切割技术，即金刚石线锯切割技术。该切割技术由美国 Crystal System公司研发并已申请专利，自此越来越多的科研人员开始了金刚石切割技术的研究。
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1. 切割速率高。砂浆切割是锯丝、磨料、硅片相互作用的“三体加工”，三者之间在切割过程中始终处于相对运动状态，其作用力容易分散，而金刚石切割是锯丝直接对硅片进行切割的“两体加工”，切割过程中，固着的金刚石颗粒受力均匀且方向单一，力的使用率更高，更容易进行有效切割。金刚石切割速率是游离磨料线锯切割速率的 2.5 倍以上； 2. 硅切片质量好，表面损伤更浅[15,16]，硅片厚度均匀性好，硅材料损耗低且易于获得硅薄片； 3. 无需添加 SiC 和聚乙二醇等研磨浆料，仅需水基冷却剂，切割液和硅锯屑的回收提纯再利用简单方便高效，金刚石切割可大大降低硅片的加工成本且可减少对环境的污染；' T6 h5 j2 M# }. v- G8 v5 F( A
4. 硅锯屑易于回收。
! W0 U/ O$ o* i5 ~" ]) ? 5. 所切割的硅片光伏应用性能佳。有多家企业报道金刚石切割的单晶硅片比砂浆切割的单晶硅片制得的电池转换效率高 0.1～0.15 %。
' ]- j9 U7 [' W1 D 研究表明：金刚石切割硅片的损伤 层厚度为6 μm，砂浆切割多晶硅片的损伤层厚度10μm。
+ a$ R- i) g2 Y 金刚石线锯切割技术是一种采用固着金刚石颗粒的钢线代替钢线和砂浆的新型切片技术。与现行的砂浆切割技术相比，它具有切割速率快、环境负荷小以及切割锯屑易回收等优势。8 c" ^8 |" X1 q$ K" r5 r% }
2 为什么金刚石切割多晶硅片的生产却迄今未实现
% }7 h" B/ \; S; I* i2 g+ e 金刚石切割技术在切割碳化硅，蓝宝石等硬脆材料方面的应用非常广泛，并且锯线和锯床技术日臻成熟，成本不断下降，与砂浆线切割成本持平而更具竞争力，因而激发了国内外研究人员将其应用于硅片切割的兴趣。在单晶硅切割方面，国外应用金刚石切割技术对其进行切割已趋于普及并成为标准切割技术，国内也已应用金刚石切割技术对单晶硅进行切割生产；在多晶硅切割方面，金刚石切割也开始实验并切割成功，但金刚石切割多晶硅片的生产却迄今未实现，" v* T: c" j! }! z
1. 金刚线的制作成本很高，固着金刚石颗粒的不锈钢丝线显然比砂浆切割所用的单纯的不锈钢丝要贵很多倍；
9 H* A2 r/ {& h 2. 金刚石切割硅片表面有平行切割纹，硅片顺着切割纹方向的破裂强度仅为砂浆切割硅片的一半，加工过程中，需要倍加小心，碎片率仍偏高；再则，金刚石切割多晶硅片过程中，由于多晶硅具有多个晶向，相对难切较易断线；
7 T& B) }1 {3 k; b1 z 3. 金刚石切割多晶硅片表面发生晶硅向非晶硅的晶相转变，且硅片表面损伤层，比砂浆切割多晶硅片的损伤层要浅；0 @. c8 {. f$ d- l
4. 金刚石切割多晶硅片出现各向异性的力学性能，平行于切割纹方向的临界断裂性能高于垂直切割纹方向的临界断裂性能，且低于砂浆切割多晶硅片的临界断裂性能；9 J4 r" m- [* c, `
金刚石切割单晶硅片的制绒不成问题，金刚石切割的单晶硅片用传统的碱刻蚀制绒就可以获得减反效果绝佳的金字塔绒面，并且其表面的切割纹能够被彻底去除[51]。但金刚石切割多晶硅片难刻蚀制绒，不能沿用工业推广的砂浆切割多晶硅片湿法酸制绒方法实现有效刻蚀制绒，表现在制绒后反射率仍偏高、切割纹依存。
" D/ @; F$ O& C5 h 与现行的砂浆线锯切割硅片相比，金刚石线锯切割硅片表面总呈现明显的切割纹。对单晶硅片而言，这种切割纹能够在各向异性的碱刻蚀制绒过程中，完全去除；然而对于金刚石切割多晶硅片的而言，其表面的切割纹难于通过现行常规酸性湿法制绒技术刻蚀制绒去除。
- K1 r! h: b" \) Q 金刚石切割硅片尽管宏观呈现明显切割纹，其实微观粗糙度比砂浆切割硅片小。因此认为这些切割纹应该不会影响太阳能电池性能，但遗憾的是，光伏市场多方反映表明，其切割纹表观足以阻碍其市场发展。 7 C6 q) ^* b' l# \% ^+ P* y
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发表于 2021-2-4 15:09:20
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