太陽能硅片切割技術(shù)

1、優(yōu)化太陽能硅片切割成本當(dāng)太陽能硅片切割行業(yè)的利潤逐漸趣于穩(wěn)定，行業(yè)內(nèi)的競爭逐步升溫的2009 年到來時(shí),對太陽能硅片切割企業(yè)，尤其是中小型切割企業(yè)來說，在提高硅片質(zhì)量 的同時(shí)進(jìn)行成本優(yōu)化已成為一種必然。由于行業(yè)的競爭，使得產(chǎn)品在銷售過程中已不可能像經(jīng)濟(jì)危機(jī)之前那樣坐等 采購上門來買，并且對硅片的質(zhì)量提出來極高的要求，因此,盡管太陽能硅片是按 張數(shù)來賣,但只為增加張數(shù)的生產(chǎn)時(shí)光已一去不復(fù)返了。按常理來講，要提高并且 保持太陽能硅片的質(zhì)量，就必須在生產(chǎn)環(huán)節(jié)層層把關(guān)，這樣,帶來的最直接的影響 就是生產(chǎn)成本的上升.。對于硅片切割這樣的加工型經(jīng)營模式來講，在保證質(zhì)量的 前提下,最直接的降低成本的方式莫過

2、于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，但這種成本優(yōu)化的方 式只屬于資金以及經(jīng)營理念超前的賽維 LDK、昱輝等大型硅片切割企業(yè)。因而， 中小型硅片切割企業(yè)的成本優(yōu)化方式，必須是結(jié)合生產(chǎn)工藝改進(jìn)條件下的對切割 液、碳化硅微粉、以及鋼線等的優(yōu)化使用。沙漿的優(yōu)化使用：在整個(gè)硅片切割過程中，最容易做到的首先是對沙漿的優(yōu)化使用由于廢沙漿的回收使用已經(jīng)比較成熟，所以對大多數(shù)中小型硅片切割企業(yè)來 說講，在保證質(zhì)量的前提下，降低沙漿的使用成本已經(jīng)成為一種可能。我們以四臺(tái)NTC442D線切割機(jī)為例，以液砂配比比例 1 : 0.95計(jì)算，一臺(tái)機(jī)一個(gè)月的 用量液6噸，砂5.7噸，按市場價(jià)液16000元/噸，砂30000元/噸計(jì)算，那 么

3、四臺(tái)機(jī)一個(gè)月的使用成本是1068000 元。如果用回收液和回收砂，為保證回 收液和砂的質(zhì)量，用塞矽做回收，回收比例可以達(dá)到液70%，砂50%。液按8000元/噸，砂15000元/噸計(jì)算，為保險(xiǎn)起見，我們在使用過程中回收液， 砂都參50%，那么四臺(tái)機(jī)一個(gè)月的使用成本為 802000，這樣一個(gè)月可節(jié)省成 本266000 元，即一年節(jié)省成本 3192000 元。如果技術(shù)改進(jìn)，砂的回收加工費(fèi)用可降到10000元/噸，并且回收液和砂的使用比例還可以有大的提升?？梢?，如果在工藝許可的范圍內(nèi)，對沙漿的使用進(jìn)行優(yōu)化，也可以為硅片切割 企業(yè)節(jié)省大額的成本。太陽能硅片切割液太陽能硅片的線切割機(jī)理就是機(jī)器導(dǎo)輪在高速

4、運(yùn)轉(zhuǎn)中帶動(dòng)鋼線，從而由鋼線 將聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂漿送到切割區(qū)，在鋼線的高速運(yùn)轉(zhuǎn)中與壓在線 網(wǎng)上的工件連續(xù)發(fā)生摩擦完成切割的過程。在整個(gè)切割過程中，對硅片的質(zhì)量以及成品率起主要作用的是切割液的粘度、 碳化硅微粉的粒型及粒度、砂漿的粘度、砂漿的流量、鋼線的速度、鋼線的張力 以及工件的進(jìn)給速度等。一、切割液（PEG）的粘度由于在整個(gè)切割過程中，碳化硅微粉是懸浮在切割液上而通過鋼線進(jìn)行切割 的，所以切割液主要起懸浮和冷卻的作用。1、切割液的粘度是碳化硅微粉懸浮的重要保證。由于不同的機(jī)器開發(fā)設(shè)計(jì) 的系統(tǒng)思維不同，因而對砂漿的粘度也不同，即要求切割液的粘度也有不同。 例 如瑞士線切割機(jī)要求切割液

5、的粘度不低于 55，而NTC要求22-25，安永則低 至18。只有符合機(jī)器要求的切割標(biāo)準(zhǔn)的粘度，才能在切割的過程中保證碳化硅 微粉的均勻懸浮分布以及砂漿穩(wěn)定地通過砂漿管道隨鋼線進(jìn)入切割區(qū)。2、由于帶著砂漿的鋼線在切割硅料的過程中， 會(huì)因?yàn)槟Σ涟l(fā)生高溫，所以切 割液的粘度又對冷卻起著重要作用。如果粘度不達(dá)標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致液的流動(dòng)性差， 不能將溫度降下來而造成灼傷片或者出現(xiàn)斷線，因此切割液的粘度又確保了整個(gè) 過程的溫度控制。二、碳化硅微粉的粒型及粒度太陽能硅片的切割其實(shí)是鋼線帶著碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及粒度 是硅片表片的光潔程度和切割能力的關(guān)鍵。 粒型規(guī)則，切出來的硅片表明就會(huì)光 潔度很好；粒

6、度分布均勻，就會(huì)提高硅片的切割能力。三、砂漿的粘度線切割機(jī)對硅片切割能力的強(qiáng)弱，與砂漿的粘度有著不可分割的關(guān)系。而砂 漿的粘度又取決于硅片切割液的粘度、硅片切割液與碳化硅微粉的適配性、硅片 切割液與碳化硅微粉的配比比例、砂漿密度等。只有達(dá)到機(jī)器要求標(biāo)準(zhǔn)的砂漿粘 度（如NTC機(jī)器要求250左右）才能在切割過程中，提高切割效率，提高成品 率。四、砂漿的流量鋼線在高速運(yùn)動(dòng)中，要完成對硅料的切割，必須由砂漿泵將砂漿從儲(chǔ)料箱中 打到噴砂咀，再由噴砂咀噴到鋼線上。砂漿的流量是否均勻、流量能否達(dá)到切割 的要求，都對切割能力和切割效率起著很關(guān)鍵的作用。如果流量跟不上，就會(huì)出現(xiàn)切割能力嚴(yán)重下降，導(dǎo)致線痕片、斷線

7、、甚至是機(jī)器報(bào)警。五、鋼線的速度由于線切割機(jī)可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行單向走線和雙向走線，因而兩種情況 下對線速的要求也不同。單向走線時(shí)，鋼線始終保持一個(gè)速度運(yùn)行（MB和HCT 可以根據(jù)切割情況在不同時(shí)間作出手動(dòng)調(diào)整），這樣相對來說比較容易控制。目 前單向走線的操作越來越少，僅限于 MB和HCT機(jī)器。雙向走線時(shí)，鋼線速度開始由零點(diǎn)沿一個(gè)方向用 2-3秒的時(shí)間加速到規(guī)定速 度，運(yùn)行一段時(shí)間后，再沿原方向慢慢降低到零點(diǎn)，在零點(diǎn)停頓0.2秒后再慢慢地反向加速到規(guī)定的速度，再沿反方向慢慢降低到零點(diǎn)的周期切割過程。 在雙 向切割的過程中，線切割機(jī)的切割能力在一定范圍內(nèi)隨著鋼線的速度提高而提高， 但不能低于或

8、超過砂漿的切割能力。 如果低于砂漿的切割能力，就會(huì)出現(xiàn)線痕片 甚至斷線；反之，如果超出砂漿的切割能力，就可能導(dǎo)致砂漿流量跟不上，從而 出現(xiàn)厚薄片甚至線痕片等。目前MB的平均線速可以達(dá)到13米/秒，NTC達(dá)10.5-11 米/秒。六、鋼線的張力鋼線的張力是硅片切割工藝中相當(dāng)核心的要素之一。張力控制不好是產(chǎn)生線 痕片、崩邊、甚至短線的重要原因。1、鋼線的張力過小，將會(huì)導(dǎo)致鋼線彎曲度增大，帶砂能力下降，切割能力 降低。從而出現(xiàn)線痕片等。2、鋼線張力過大，懸浮在鋼線上的碳化硅微粉就會(huì)難以進(jìn)入鋸縫，切割效 率降低，出現(xiàn)線痕片等，并且斷線的幾率很大。3、如果當(dāng)切到膠條的時(shí)候，有時(shí)候會(huì)因?yàn)閺埩κ褂脮r(shí)間過長引

9、起偏離零點(diǎn) 的變化，出現(xiàn)崩邊等情況。MB、NTC等線切割機(jī)一般的張力控制在送線和收線相差不到1，只有安永的相差7.5。七、工件的進(jìn)給速度工件的進(jìn)給速度與鋼線速度、砂漿的切割能力以及工件形狀在進(jìn)給的不同位 置等有關(guān)。工件進(jìn)給速度在整個(gè)切割過程中，是由以上的相關(guān)因素決定的，也是 最沒有定量的一個(gè)要素。但控制不好，也可能會(huì)出現(xiàn)線痕片等不良效果， 影響切 割質(zhì)量和成品率新的硅片清洗技術(shù)一、新清洗液的開發(fā)使用1、APM清洗（1）為抑制SC-1時(shí)表面Ra變大，應(yīng)降低NH40H組成比，例：NH40H : H2O2 : H20 = 0.05: 1 : 1當(dāng)Ra = 0.2nm 的硅片清洗后其值不變，在APM洗

10、后的D1W漂洗應(yīng)在低溫下 進(jìn)行。（2）可使用兆聲波清洗去除超微粒子，同時(shí)可降低清洗液溫度，減少金屬附著。（3） 在SC-1液中添加界面活性劑、可使清洗液的表面張力從6.3dyn/cm 下 降到 19 dy n/cm 。選用低表面張力的清洗液，可使顆粒去除率穩(wěn)定，維持較高的去除效率。使用SC-1液洗，其Ra變大，約是清洗前的2倍。用低表面張力的清洗液，其 Ra變化不大（基本不變）。（4）在SC-1液中加入HF,控制其PH值，可控制清洗液中金屬絡(luò)合離子的狀 態(tài)，抑制金屬的再附著，也可抑制 Ra的增大和COP的發(fā)生。（5） 在SC-1加入螯合劑，可使洗液中的金屬不斷形成螯合物，有利抑制金屬 的表面的

11、附著。2、 去除有機(jī)物： O3 + H2O3、SC-1液的改進(jìn)：SC-1 + 界面活性劑SC-1 + HFSC-1 + 螯合劑4、DHF的改進(jìn)：DHF + 氧化劑（例 HF+H2O2 ）DHF +陰離子界面活性劑DHF +絡(luò)合劑DHF +螯合劑5、酸系統(tǒng)溶液：HNO3 + H2O2 、HNO3 + HF + H2O2 、HF + HCL6、其它：電介超純?nèi)ルx子水二、03 + H2O 清洗1、如硅片表面附著有機(jī)物，就不能完全去除表面的自然氧化層和金屬雜質(zhì)，因此清洗時(shí)首先應(yīng)去除有機(jī)物。2、 據(jù)報(bào)道在用添加2-10 ppm 03的超凈水清洗，對去除有機(jī)物很有效，可在 室溫進(jìn)行清洗，不必進(jìn)行廢液處理，

12、比 SC-1清洗有很多優(yōu)點(diǎn)。三、HF + H2O2清洗1、 據(jù)報(bào)道用HF 0.5 % + H2O2 10 %，在室溫下清洗，可防止 DHF清洗中 的Cu等貴金屬的附著。2、 由于H2O2氧化作用，可在硅表面形成自然氧化膜，同時(shí)又因 HF的作用將 自然氧化層腐蝕掉，附著在氧化膜上的金屬可溶解到清洗液中， 并隨去離子水的 沖洗而被排除。在APM清洗時(shí)附著在晶片表面的金屬氫氧化物也可被去除。晶片表面的自然氧 化膜不會(huì)再生長。3、Al、Fe、Ni等金屬同DHF清洗一樣，不會(huì)附著在晶片表面。4、對n+、P+型硅表面的腐蝕速度比n、p型硅表面大得多，可導(dǎo)致表面粗 糙，因而不適合使用于n+、P+型的硅片清洗

13、。5、添加強(qiáng)氧化劑 H2O2 (E0=1.776V )，比 Cu2+ 離子優(yōu)先從Si中奪取電 子，因此硅表面由于 H2O2被氧化，Cu以Cu2+ 離子狀態(tài)存在于清洗液中。即使硅表面附著金屬Cu，也會(huì)從氧化劑H2O2奪取電子呈離子化。硅表面被 氧化，形成一層自然氧化膜。因此Cu2+離子和Si電子交換很難發(fā)生，并越來 越不易附著。四、DHF +界面活性劑的清洗據(jù)報(bào)道在HF 0.5%的DHF液中加入界面活性劑，其清洗效果與HF + H2O2 清洗有相同效果。五、DHF +陰離子界面活性劑清洗據(jù)報(bào)道在DHF液，硅表面為負(fù)電位，粒子表面為正電位，當(dāng)加入陰離子界 面活性劑，可使得硅表面和粒子表面的電位為同

14、符號(hào)， 即粒子表面電位由正變?yōu)?負(fù)，與硅片表面正電位同符號(hào)，使硅片表面和粒子表面之間產(chǎn)生電的排斥力，因此可防止粒子的再附著。六、以HF / O3 為基礎(chǔ)的硅片化學(xué)清洗技術(shù)此清洗工藝是以德國ASTEC公司的AD-(ASTEC-Drying) 專利而聞名于世。其HF/O3清洗、干燥均在一個(gè)工藝槽內(nèi)完成，。而傳統(tǒng)工藝則須經(jīng)多道工 藝以達(dá)到去除金屬污染、沖洗和干燥的目的。在HF / O3清洗、干燥工藝后形成的硅片H表面(H-terminal)在其以后的工藝流程中可按要求在臭氧氣相中被重新氧化太陽能硅片的化學(xué)清洗工藝太陽能硅片經(jīng)過線切割機(jī)的切割加工后，其表面已受到嚴(yán)重沾污，要達(dá)到太 陽能發(fā)電的工業(yè)應(yīng)用標(biāo)

15、準(zhǔn)，就必須經(jīng)過嚴(yán)格的清洗工序。由于切割帶來的嚴(yán)重污 染，其表面的清洗工序也必然需要比較復(fù)雜和精細(xì)的工藝流程。一、硅片污染分類具體來說太陽能硅片表面沾污大致可分為三類：1、有機(jī)雜質(zhì)沾污：可通過有機(jī)試劑的溶解作用，結(jié)合兆聲波清洗技術(shù)來去 除。2、顆粒沾污：運(yùn)用物理的方法可采機(jī)械擦洗或兆聲波清洗技術(shù)來去除粒徑 0.4 卩顆粒，利用兆聲波可去除 0.2 卩顆粒。3、金屬離子沾污：該污染必須采用化學(xué)的方法才能將其清洗掉。硅片表面金屬雜質(zhì)沾污又可分為兩大類：（1 ）、沾污離子或原子通過吸附分散附著在硅片表面。（2 ）、帶正電的金屬離子得到電子后面附著（尤如 電鍍”到硅片 表面。二、硅片表面污染的清洗技術(shù)與

16、方法硅拋光片的化學(xué)清洗目的就在于去除這種沾污，使得硅片達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo) 準(zhǔn)。自1970年美國RCA實(shí)驗(yàn)室提出的浸泡式RCA化學(xué)清洗工藝得到了廣泛 應(yīng)用，1978年RCA實(shí)驗(yàn)室又推出兆聲清洗工藝， 近幾年來以RCA清洗理論為 基礎(chǔ)的各種清洗技術(shù)不斷被開發(fā)出來，比較潮流的清洗技術(shù)有： 美國FSI公司推出離心噴淋式化學(xué)清洗技術(shù)。美國原CFM公司推出的Full-Flow systems 封閉式溢流型清洗技術(shù)。 美國VERTEQ公司推出的介于浸泡與封閉式之間的化學(xué)清洗技術(shù)（例 Goldfi nger Mach2 清洗系統(tǒng)）。 美國SSEC公司的雙面檫洗技術(shù)（例 M3304 DSS 清洗系統(tǒng)）。曰本提出無

17、藥液的電介離子水清洗技術(shù) （用電介超純離子水清洗）使拋光 片表面潔凈技術(shù)達(dá)到了新的水平。 以HF / O3為基礎(chǔ)的硅片化學(xué)清洗技術(shù)。目前在實(shí)際的太陽能硅片切割清洗過程中，一般按按下述辦法進(jìn)行清洗以去 除沾污。1、用H2O2作強(qiáng)氧化劑，使 電鍍”附著到硅表面的金屬離子氧化成金屬， 溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。2、 用無害的小直徑強(qiáng)正離子（如 H+ ），般用HCL作為H+的來源， 替代吸附在硅片表面的金屬離子，使其溶解于清洗液中，從而清除金屬離子。3、用大量去離子水進(jìn)行超聲波清洗，以排除溶液中的金屬離子。由于SC-1是H2O2和NH4OH的堿性溶液，通過 H2O2的強(qiáng)氧化和 NH4OH的溶解作用，使有機(jī)物沾污變成水溶性化合物