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硅片切割技術(shù)是指將單晶硅棒或多晶硅錠切割成一定厚度硅片的切割技術(shù)。這道工序基本決定硅片的四個(gè)重要參數(shù)，即硅片表面的晶向、厚度、平行度和翹曲度，其加工效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系著整個(gè)硅片生產(chǎn)的全局硅片。
) g0 I y8 Y2 F* T1 o) L* R9 Q 固結(jié)磨料多線切割技術(shù)，即金剛石線鋸切割技術(shù)。該切割技術(shù)由美國(guó) Crystal System公司研發(fā)并已申請(qǐng)專利，自此越來越多的科研人員開始了金剛石切割技術(shù)的研究。! W" ]7 Z. }" K9 e9 {
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0 z9 m I7 Y3 `8 q7 t& P 1. 切割速率高。砂漿切割是鋸絲、磨料、硅片相互作用的“三體加工”，三者之間在切割過程中始終處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其作用力容易分散，而金剛石切割是鋸絲直接對(duì)硅片進(jìn)行切割的“兩體加工”，切割過程中，固著的金剛石顆粒受力均勻且方向單一，力的使用率更高，更容易進(jìn)行有效切割。金剛石切割速率是游離磨料線鋸切割速率的 2.5 倍以上； 2. 硅切片質(zhì)量好，表面損傷更淺[15,16]，硅片厚度均勻性好，硅材料損耗低且易于獲得硅薄片； 3. 無需添加 SiC 和聚乙二醇等研磨漿料，僅需水基冷卻劑，切割液和硅鋸屑的回收提純?cè)倮煤?jiǎn)單方便高效，金剛石切割可大大降低硅片的加工成本且可減少對(duì)環(huán)境的污染；
3 P6 |* O' `3 W* U) ]: v% J 4. 硅鋸屑易于回收。
1 q3 P! v( {0 D$ S 5. 所切割的硅片光伏應(yīng)用性能佳。有多家企業(yè)報(bào)道金剛石切割的單晶硅片比砂漿切割的單晶硅片制得的電池轉(zhuǎn)換效率高 0.1～0.15 %。
2 l% H6 Q( d% q 研究表明：金剛石切割硅片的損傷 層厚度為6 μm，砂漿切割多晶硅片的損傷層厚度10μm。* D; J* N& w/ ?0 y! K; w; Y
金剛石線鋸切割技術(shù)是一種采用固著金剛石顆粒的鋼線代替鋼線和砂漿的新型切片技術(shù)。與現(xiàn)行的砂漿切割技術(shù)相比，它具有切割速率快、環(huán)境負(fù)荷小以及切割鋸屑易回收等優(yōu)勢(shì)。& U$ s- L- A% v- c1 V9 w+ ]7 z( h0 q
2 為什么金剛石切割多晶硅片的生產(chǎn)卻迄今未實(shí)現(xiàn)
- X; _6 X& R/ P, t; y% e# z 金剛石切割技術(shù)在切割碳化硅，藍(lán)寶石等硬脆材料方面的應(yīng)用非常廣泛，并且鋸線和鋸床技術(shù)日臻成熟，成本不斷下降，與砂漿線切割成本持平而更具競(jìng)爭(zhēng)力，因而激發(fā)了國(guó)內(nèi)外研究人員將其應(yīng)用于硅片切割的興趣。在單晶硅切割方面，國(guó)外應(yīng)用金剛石切割技術(shù)對(duì)其進(jìn)行切割已趨于普及并成為標(biāo)準(zhǔn)切割技術(shù)，國(guó)內(nèi)也已應(yīng)用金剛石切割技術(shù)對(duì)單晶硅進(jìn)行切割生產(chǎn)；在多晶硅切割方面，金剛石切割也開始實(shí)驗(yàn)并切割成功，但金剛石切割多晶硅片的生產(chǎn)卻迄今未實(shí)現(xiàn)，; a/ \2 i4 e. a0 c# s
1. 金剛線的制作成本很高，固著金剛石顆粒的不銹鋼絲線顯然比砂漿切割所用的單純的不銹鋼絲要貴很多倍；4 A! I' g, M& G# A
2. 金剛石切割硅片表面有平行切割紋，硅片順著切割紋方向的破裂強(qiáng)度僅為砂漿切割硅片的一半，加工過程中，需要倍加小心，碎片率仍偏高；再則，金剛石切割多晶硅片過程中，由于多晶硅具有多個(gè)晶向，相對(duì)難切較易斷線；2 P0 Z( k0 ^- D& j: O4 J
3. 金剛石切割多晶硅片表面發(fā)生晶硅向非晶硅的晶相轉(zhuǎn)變，且硅片表面損傷層，比砂漿切割多晶硅片的損傷層要淺；& ?: D- ]- r+ D+ p( n
4. 金剛石切割多晶硅片出現(xiàn)各向異性的力學(xué)性能，平行于切割紋方向的臨界斷裂性能高于垂直切割紋方向的臨界斷裂性能，且低于砂漿切割多晶硅片的臨界斷裂性能；+ j( A1 G' d7 n2 r. i! U
金剛石切割單晶硅片的制絨不成問題，金剛石切割的單晶硅片用傳統(tǒng)的堿刻蝕制絨就可以獲得減反效果絕佳的金字塔絨面，并且其表面的切割紋能夠被徹底去除[51]。但金剛石切割多晶硅片難刻蝕制絨，不能沿用工業(yè)推廣的砂漿切割多晶硅片濕法酸制絨方法實(shí)現(xiàn)有效刻蝕制絨，表現(xiàn)在制絨后反射率仍偏高、切割紋依存。5 C4 ]. ^7 A) V A
與現(xiàn)行的砂漿線鋸切割硅片相比，金剛石線鋸切割硅片表面總呈現(xiàn)明顯的切割紋。對(duì)單晶硅片而言，這種切割紋能夠在各向異性的堿刻蝕制絨過程中，完全去除；然而對(duì)于金剛石切割多晶硅片的而言，其表面的切割紋難于通過現(xiàn)行常規(guī)酸性濕法制絨技術(shù)刻蝕制絨去除。2 m# R: i) t9 D* }: M* J0 O
金剛石切割硅片盡管宏觀呈現(xiàn)明顯切割紋，其實(shí)微觀粗糙度比砂漿切割硅片小。因此認(rèn)為這些切割紋應(yīng)該不會(huì)影響太陽能電池性能，但遺憾的是，光伏市場(chǎng)多方反映表明，其切割紋表觀足以阻礙其市場(chǎng)發(fā)展。
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發(fā)表于 2021-2-4 15:09:20
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