新闻资讯NEWS
联系我们CONTACT

地址:昆山市玉山镇玉成北路1588号

电话:138-1204-9736

联系人:杨总

手机:138-1204-9736

邮箱:191561700@qq.com

信息详情您当前的位置:首页 > 新闻资讯 > 太阳能级硅片切割设备发展现状

太阳能级硅片切割设备发展现状

关键词:硅片回收 电池片回收 太阳能电池板回收 多晶硅回收 │ 发表时间:2018-12-14

随着硬脆性材料加工与应用技术的迅猛发展,切割硬脆性材料的新工艺与新设备 也发展迅速。与此同时,随着光伏行业的发展,人们对硅片质量的要求也越来越高, 加工效率越高越好,材料耗损越少越好,表面质量要好,不能对环境有污染。目前主 要的硅片切割技术有:金刚石内圆切片机切片技术、游离磨料多线切割切片技术、固 结金刚石颗粒线切割切片技术这三种 。这些切割方法各有各的好处,但也都有自 身的局限性。
太阳能级硅片切割设备发展现状
目前就硅片切割方式来说,主要有线切割与内圆切割两种切割方式。内圆切割机 使用内环形的不锈钢内圆刀片,这种方式自 20 世界 80 年代已经普及,目前发展非常成 熟,相应的研究也已经非常全面,如近年来人们已经对内圆切割硅片的损伤、切割机 理作了非常深入的研究,认为硅片的损伤层、微裂纹是硅片强度降低的主要原因。内 圆切割硅片在一定应力范围内,硅片的切割速率不会影响损伤层的厚度。但是内圆切 割的刀片刃口厚度为 0.28 ~ 0.34mm ,切缝损失较大,其主要用于小尺寸硅片切割中, 加工效率较低,材料损耗大,内圆切片主要用于比较昂贵、棒长短、精度高、尺寸小 的半导体硅片切割 。
内圆切片机的工作原理:将金刚石锯片周边张紧并且固定在刀架上,利用锯片内孔圆周上的金刚石颗粒进行切割。随着电机带动金刚石内圆锯片转动并形成轴向进给, 切割固定在主轴上的硅棒进行硅片切割。这种切割方式锯片周边受到张紧力拉紧在圆 周的安装架上,刀片由圆心向四周产生拉伸变形,切割时受力均匀,切割过程稳定性 好,这种技术已经非常成熟。在硬脆材料的切割技术领域内,如玻璃、硅棒、蓝宝石 等加工中应用非常的广泛,特别适合加工小尺寸的材料。
但是随着光伏行业的快速发展,硅片尺寸的要求也不断趋向大直径超薄硅片,内 圆切片机就显现出自身的缺陷。对直径 150mm 以上单晶硅的切片,由于单晶硅自身 内应力的影响,会产生翘曲变形 ,形成缺陷。
光伏行业发展对硅片切割环节提出了越来越高的要求:提高生产效率、降低生产 成本。使用游离磨料多线切割技术就是在此背景下发明出来的。这种技术客服了内圆 切片机的一些缺点,可以切割更大直径的硅棒,此种技术使用的是 100 多 μm 直径切 割钢丝、颗粒为微米级的磨料,切缝比内圆切割要窄,材料耗损率减少很多 ,切 片表面质量更好,与内圆切片相比,主要有以下优势:
(1) 切片半径大,不受加工硅片尺寸的限制;
(2) 切缝窄,多线切割使用切割钢丝为母线,母线线径可制成直径 100 ~ 120μm 左 右的切割钢丝,切割时切缝损失小;
(3) 切割效率更高,高速切割切片更平稳。
多线切割硅棒的原理:通过一根高速运动(超过 10m/s )的切割钢丝,带动附着 在钢丝上的参与切割的刃料 ( 碳化硅 ) 与硅料进行摩擦,将硅材料一次同时切割为 2000 多片的一种切割加工方式。但是这种技术与内圆切片相比也有一定的缺点:断线损失 较大,切割较短的材料经济性较差。
在 2005 年以前,多线切割技术主要掌握在欧美与日本等国家。随着太阳能光伏 行业的快速发展,国内一些企业的硅片切割公司迅速成立并壮大发展起来。这些公司 大都引进了欧美先进的多线切割机器。国内的一些设备制造企业也纷纷投入资金和人 力物力进行开发,但大多数都是仿制,没有自己开发的技术,制造技术也非常的不成 熟,同时还有知识产权侵权风险,因此多线切割设备的国产化进展缓慢。目前多线切 割设备为世界 3 大工厂(美国应用材料的 HCT 、瑞士的 Meyer Burger( 梅耶博格 ) 和日 本的 NTC )所统治。
HCT 最早是瑞士的一家企业,其在 2007 年被美国的应用材料公司收购。太阳能光伏市场在 2003 年启动以后, HCT 针对市场需要在 2005 年推出了世界上最大的太 阳能硅片线切割机 HCT-B5 。双工作台 4 个导轮满载可以一次切割硅棒长达到 1.8m , 一次可以切割多达 3000 片硅片,非常适合大规模的生产。国内主要用户包括赛维、 昱辉、海润、协鑫等企业。目前其生产的 HCT-B5 是国内光伏切片的主要切割设备, 具有上千台的使用量。
瑞士的梅耶博格在 1991 年正式推出了第一台线切割机。在 2009 年推出目前最 为成功的 MB271 机型,切割单根负载可以增加到 1020 mm 。目前该机型国内主要客 户有高佳、协鑫、天合等国内大型硅片切割企业,这也是其最为成功的一种机型。目 前在国内的占有比例与 HCT-B5 相当,为国内最为主流的一种机型。
日本的企业富山机械和日平工业在上世纪 90 年代推出了针对半导体行业的 MWM 系列线切割机,这两家企业在 2008 年被小松收购。其最为畅销的机型是 MWM442D ,深受国内很多新进入切片领域小公司的欢迎,但是切割长度太短,不适 合大规模生产。 NTC 公司在 2008 年推出了新的设备类型单工作台面的 PV600 和 PV800 ,切割最大负载棒长分别达到 630 mm (单根棒最大负载 600 mm , 3 根 210mm ,) 和 840 mm (单根棒最大负载 800 mm , 4 根 210 mm )。
这两年还有一种最新的多线切割技术叫金刚线切割技术,其特点是将参与切割的 金刚石镀到钢线上,切割时靠喷嘴中喷出的水进行冷却,完全不用配置砂浆。这种方 式可以完全抛弃砂浆,切割速度也可以非常快。但是由于金刚线价格很高,钢线镀金 刚石的均匀性技术目前还不成熟,切割硅片的表面质量得不到保障。虽然目前美国应 用材料公司和瑞士梅耶博格公司等线锯厂家已经推出相应的金刚线设备进行开方甚 至切片,但是在实际应用中还不甚理想,如断线损失无法复救、成本较高、硅片表面 质量较差、硅片制作电池片工艺还不成熟等缺陷,要想完全替代砂浆方式的线切割机 还需要进一步研发和应用。
在太阳能光伏行业高速发展的今天,切割超薄太阳能级多晶硅片,对 游离磨料多线切割切片技术的研究显得尤为重要。
自 2008 年以来,随着中国光伏产业的飞跃式的迅猛发展,几大多线切割设备厂 家的设备生产能力,远远不能满足中国硅片加工企业的购买需求,国内的设备厂家也 推出来自己的多线切割设备,这些厂家主要有上海汉虹、无锡开源、大连连城等企业。
这些企业推出的切割设备技术原理和设计主要都是借鉴了欧美机型。开发出的多线切割机样机都面临着同样的问题,机台自身稳定性差,走线稳定性控制不平衡,实验切 割的硅片成品率低、断线率高、控制精度差等。由于硅料价格很高,每次实验的的损 失客户不愿意承担,这些厂家由于规模较小,也不愿意承担风险,这些因素都限制了 设备制造企业很难获得更多的生产性实验数据来改进设备。国内很多厂家在多线切割 机的开发上投入的的人力物力有限,因此进展非常不理想 ,在国内市场上几乎没有 什么占有率。

上一个:超薄太阳能级硅片切割技术研究
下一个:太阳能级硅片切割技术发展现状