CN103072211B - 一种线锯切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种线锯切割方法，包括：减小线锯切割机的钢线直径；减小线锯切割机的导轮槽距；根据线锯切割机的钢线直径，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数；进行线锯切割。本发明提供的线锯切割技术在保证硅片切割合格率的同时，降低线锯切割过程中的锯缝损失，提高原料硅片的产出率，进而降低了太阳能电池片的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种线锯切割方法。
背景技术
在目前的太阳能电池市场上以晶体硅太阳能电池为主，发展的趋势是降低太阳能电池片的生产成本。考虑到太阳能电池片是基于硅片进行生产制作的，而硅片主要是需要通过将硅块切割成薄片的方式得到，因此硅片切割成本是太阳能电池片的制作成本的一部分。硅片切割成本的决定因素包括：硅片切割合格率和原材料硅片产出率，其中硅片切割合格率=每次切割符合规格的硅片数量/每次切割产生的硅片数量；原料硅片产出率=产出硅片重量/投入硅块质量。
在硅片切割工艺中，线锯切割技术是目前比较先进的硅片切割技术，它的原理是线锯切割机通过钢线的高速传动运动，把磨料代入加工区域对工件进行研磨，将棒料或锭件一次同时切割为数百片甚至数千片薄片的一种新型切割加工方法。在切割过程中，钢线通过导向轮的引导、换向，在导丝辊上形成一张线网，锭件慢速通过后，便可被切割为片件。
在实际应用线锯切割技术进行硅片切割的过程中，硅片的切割成本中的硅片切割合格率通过严格的操作控制与切割工艺的不断优化，已能够获得稳定的硅片切割合格率，但是硅片的切割成本中的原料硅片产出率一般却只能达到50%~55%，材料损耗较大，使得硅片切割成本较高，造成太阳能电池片的生产成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种线锯切割方法，用于提高原料硅片的产出率，降低硅片切割成本，从而降低太阳能电池片的生产成本。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种线锯切割方法，包括：减小线锯切割机的钢线直径；减小线锯切割机的导轮槽距；根据线锯切割机的钢线直径，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数；进行线锯切割。
优选的，当所述线锯切割机的钢线直径为0.115mm时，提高线锯切割机的钢线张力参数为18N，提高线锯切割机的浆料流量参数为100kg/min，降低线锯切割机的钢线的线速度参数为10.8m/s，降低线锯切割机的工作台速度参数为340μm/min，降低线锯切割机的浆料温度参数为22℃。
优选的，当所述线锯切割机的钢线直径为0.125mm时，提高线锯切割机的钢线的线速度参数为13.8m/s，提高线锯切割机的浆料流量参数为150kg/min，降低线锯切割机的钢线张力参数为21N，降低线锯切割机的工作台速度参数为285μm/min，降低线锯切割机的浆料温度参数为21℃。
优选的，当所述线锯切割机的钢线直径为0.115mm时，所述每次线锯切割的时间为8.5h。
优选的，当所述线锯切割机的钢线直径为0.125mm时，所述每次线锯切割的时间为10.4h。
优选的，距的减小值与钢线直径的减小值相同。
优选的，当所述线锯切割机的钢线直径为0.115mm时，减小线锯切割机的导轮槽距为340μm。
优选的，当所述线锯切割机的钢线直径为0.125mm时，减小线锯切割机的导轮槽距为350μm。与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的线锯切割技术通过降低钢线直径的方式，使得钢线在携带浆料切割硅片的过程中，磨损的硅片量减少，也即降低了线锯切割过程中的锯缝损失。在投入的硅块切割长度相同的情况下，增加了每次切割出的硅片数量，提高了原料硅片产出率，进而降低了太阳能电池片的制作成本。
同时在减小钢线直径的情况下，通过减小线锯切割机的导轮槽距，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，使得在减小钢线直径的同时，优化线锯切割的工作环境，保证硅片切割成本中的硅片切割合格率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是线锯切割技术的切割过程的模拟图；
图2是本发明提供的线锯切割方法的流程图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有线锯切割技术的原料硅片产出率较低，硅片切割成本较高。
发明人研究发现，形成上述问题的原因是，线锯切割的整个过程，最大的材料耗损项是由线直径相关的锯缝损失导致的，锯缝损失造成了原料硅片的产出率较低，硅片切割成本较高。发明人进一步研究发现，由于原料硅片的产出率=产出硅片重量/投入硅块质量，通过提高产出硅片重量即可提高原料硅片的产出率。那么针对现有的线锯切割技术，线锯切割机在应用钢线对硅块进行切割的过程中，如图1所示，在钢线101携带浆料103切割硅块102时，由于钢线101和浆料103对硅块102的摩擦作用，会在切割硅片的同时造成硅片的硅材料损失，即锯缝损失，也即锯缝损失的大小取决于钢线的直径D，钢线直径D越小，锯缝损失的硅材料将会越少，原料硅片的产出率也就越高。
有鉴于此，为了减小锯缝损失，可以减小线锯切割机的钢线直径，但是又考虑到钢线的直径D减小后，钢线的张力承受能力和承载破断能力将随之下降，增加了断线几率，而且在原有硅块切割长度不变的情况下，对于硅块整体的切割面积和切割阻力也会增大，此外钢线直径减小后，钢线表面和横截面的面积比降低了，使钢线的携带砂浆的能力也降低了。综上所述，减小钢线的直径D后，增大了线锯切割的难度，会对硅片切割的合格率带来不利的影响。
为了克服钢线直径D减小对硅片切割合格率的影响，当钢线直径D减小后，为了降低较细的钢线在切割过程中的承载力，需要提高线锯切割机除钢线以外的其他参数的切削能力，以保证直径较小的钢线在切割过程的切割能力。发明人经过研究发现，改进方法包括：适当降低工作台速度，保证直径较小的钢线也能充分切割；适当提高线速度，提高相同时间内钢线的携带砂浆量，从而增大切割能力；适当提高浆料流量，可提高相同时间内砂浆的流出量，并加快砂浆的循环频率，进而提高切割能力；此外由于采用细钢线切割时，切割阻力增大，切割过程中会产生更多的热量，进而影响切割的稳定性，因此可适当降低浆料温度，增加砂浆的冷却能力，保证切割的稳定性。
此外，减小钢线的直径D后，相应的线锯切割机的导轮槽距也需进行适当调整，在硅片厚度不变的情况下钢线直径降低Aμm，导轮槽距也相应的降低Aμm。
基于上述原因，本发明实施例提供了一种线锯切割方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S101：减小线锯切割机的钢线直径。
步骤S102：减小线锯切割机的导轮槽距。
步骤S103：根据线锯切割机的钢线直径，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数。
步骤S104：进行线锯切割。
本发明提供的线锯切割技术在减小钢线直径的同时，减小线锯切割机的导轮槽距，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数。在保证硅片切割合格率的同时，降低线锯切割过程中的锯缝损失，提高原料硅片的产出率，进而降低了太阳能电池片的制作成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
下面结合具体实施例对本发明提供的线锯切割方法进行具体描述。
实施例一
针对现有线锯切割机的大型线锯钢线，本发明提供的线锯切割方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S101，减小线锯切割机的钢线直径。
现有的线锯切割机的大型线锯钢线的钢线直径为0.13mm。本实施例在减小线锯切割机的钢线直径时，将直径为0.13mm的大型线锯钢线的钢线直径减小为0.125mm；
步骤S102：减小线锯切割机的导轮槽距。
由于硅片厚度=导轮槽距-钢线直径-碳化硅磨损经验值，其中碳化硅磨损经验值为恒定值，一般为40μm，因此在降低钢线直径的同时，为了保证所需硅片的厚度不变，需要将线锯切割机的导轮槽距也做相应的调整，且导轮槽距的调整值与钢线直径的调整值相同，也即当钢线直径降低Aμm时，线锯切割机的导轮槽距也需相应降低Aμm。
对应于现有技术中直径为0.13mm大型线锯钢线，其线锯切割机的导轮槽距为355μm，因此在本实施例将直径为0.13mm的大型线锯钢线的钢线直径减小为0.125mm时，需要同时将线锯切割机的导轮槽距减小为355μm。
为了更清楚的说明本发明可以在保证硅片切割合格率的同时，提高每次硅片切割产生的硅片数量和硅片的产出率，在此介绍一下每次切割产生的硅片数量、切割面积、硅片切割合格率和硅片产出率等指标的计算公式。
每次切割产生的硅片数量=硅块切割长度L*1000/导轮槽距*硅片切割合格率K
切割面积=每次切割产生的总硅片数量的表面积之和=单片硅片表面面积*每次切割产生的硅片数量，其中单片硅片表面面积=0.156mm*0.156mm
硅片切割合格率=每次切割产生的符合规格的硅片数量/每次切割产生的总硅片数量
硅片产出率=产出硅片重量/投入硅块重量，其中产出硅片重量=每次切割产生的硅片数量*单片硅片表面面积*2.33g/cm3，投入硅块重量=硅块切割长度L*单片硅片表面面积*2.33g/cm3
对于现有线锯切割机的直径为0.13mm的大型线锯钢线，当硅片厚度为185um、硅块切割长度为Lmm、硅片切割合格率为K时，带入每次切割产生的硅片数量公式可得：每次切割产生的硅片数量=L*1000/355*K。若将钢线的直径由0.13mm减小到0.125mm，其它已经条件不变，则经上述相同的计算过程，每次切割产生的硅片数量=L*1000/350*K。
由此可见，在硅块的切割长度L和硅片切割合格率K均不变的情况下，根据每次切割产生的硅片数量的计算公式可知，减小线锯切割机的钢线直径和导轮槽距后，每次切割产生的硅片数量增加了，进而在单片硅片表面面积不变的前提下，再根据产出硅片重量和硅片产出率的计算公式可知，增加了每次切割产生的硅片数量的同时，硅片产出率也会相应提高，从而达到提供硅片产出率的目的，降低了硅片切割成本。
步骤S103，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数。
当钢线直径降低后，为了保证钢线在切割过程的切割能力，需要适当降低工作台速度，保证直径较小的钢线也能充分切割；适当提高线速度，提高相同时间内钢线的携带砂浆量，从而增大切割能力；适当提高浆料流量，可提高相同时间内砂浆的流出量，并加快砂浆的循环频率，进而提高切割能力；此外由于采用细钢线切割时，切割阻力增大，切割过程中会产生更多的热量，进而影响切割的稳定性，因此可适当降低浆料温度，增加砂浆的冷却能力，保证切割的稳定性。
现有技术中，采用直径为0.13mm的大型线锯钢线进行线锯切割时，需要设定线锯切割机的钢线张力参数为24N、工作台速度参数为290um/min、线速度参数为13.4m/s、浆料温度参数为23℃、浆料流量参数为145kg/min，并且在该工艺条件下，每次切割消耗时间10.3h、每次切割消耗钢线量500km。
本实施例将大型线锯钢线的直径减小为0.125mm时，提高线锯切割机的钢线的线速度参数为13.8m/s，提高线锯切割机的浆料流量参数为150kg/min，同时，降低线锯切割机的钢线张力参数为21N，降低线锯切割机的工作台速度参数为285μm/min，降低线锯切割机的浆料温度参数为21℃。此时，每次切割消耗的时间为10.4h，每次切割消耗钢线量为520km。
本发明对现有技术中的大型线锯钢线的直径的调整后，对于线锯切割机的工艺参数的确定过程为：减小钢线直径和导轮槽距后，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，同时，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数，检测在各种工艺条件下的钢线线损、旧钢线椭圆度、硅片表面检测数据等，最终确定满足本实施例直径减小后的钢线的线损、旧线椭圆度、硅片表面切割质量在标准范围的匹配工艺，也即保证了钢线直径减小后，线锯切割机的硅片切割合格率不会降低。
步骤S104：进行线锯切割。
应用本实施例提供的直径为0.125mm的大型线锯钢线线锯切割时，可以在保证硅片切割合格率的同时，降低线锯切割过程中的锯缝损失，提高原料硅片的产出率，进而降低了太阳能电池片的制作成本。
实施例二
针对现有线锯切割机的中型线锯钢线，本发明提供的线锯切割方法与实施例一不同的是，钢线直径不同，线锯切割机的导轮槽距的不同，相应的在提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数的过程中，各项参数的调整值也有所不同。
步骤S101，减小线锯切割机的钢线直径。
现有的线锯切割机的中型线锯钢线的钢线直径为0.12mm，本实施例在减小锯切割机的钢线直径时，将直径为0.12mm的中型线锯钢线的钢线直径减小为0.115mm。
步骤S102：减小线锯切割机的导轮槽距。
对应于现有技术中直径为0.12mm中型线锯钢线，其线锯切割机的导轮槽距为345μm，因此在本实施例将直径为0.12mm的中型线锯钢线的钢线直径降低为0.115mm时，需要同时将线锯切割机的导轮槽距减小为340μm。
根据实施例一中介绍的每次切割产生的硅片数量、切割面积、硅片切割合格率和硅片产出率等指标的计算公式，当钢线直径为0.12mm、所切硅片厚度为185um、硅块切割长度为Lmm、硅片切割合格率为K时，带入每次切割产生的硅片数量公式可得：每次切割产生的硅片数量=L*1000/345*K。若将钢线直径由0.12mm减小到0.115mm，其它已经条件不变，则经上述相同的计算过程，每次切割产生的硅片数量=L*1000/340*K。
由此可见，在硅块的切割长度L和硅片切割合格率K均不变的情况下，根据每次切割产生的硅片数量的计算公式可知，减小线锯切割机的钢线直径和导轮槽距后，每次切割产生的硅片数量增加了，进而在单片硅片表面面积不变的前提下，再根据产出硅片重量和硅片产出率的计算公式可知，增加了每次切割产生的硅片数量的同时，硅片产出率也会相应提高，从而达到提供硅片产出率的目的，降低了硅片切割成本。
步骤S103，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数。
现有技术中，采用直径为0.12mm的中型线锯钢线进行线锯切割时，需要设定线锯切割机的钢线张力参数为20N、工作台速度参数为350um/min、钢线的线速度参数为10.2m/s、浆料温度参数为23℃、浆料流量参数为95kg/min，并且该工艺条件下，每次切割消耗时间8.5h、每次切割消耗钢线量320km。
本实施例在将中型线锯钢线的直径降为0.115mm时，提高线锯切割机的钢线的线速度参数为10.8m/s，提高线锯切割机的浆料流量参数为100kg/min，降低线锯切割机的钢线张力参数为18N，降低线锯切割机的工作台速度参数为340μm/min，降低线锯切割机的浆料温度参数为22℃。此时，每次切割消耗的时间为8.3h，每次切割消耗钢线量为350km。
步骤S104：进行线锯切割。
应用本实施例提供的直径为0.115mm的中型线锯钢线进行线锯切割时，可以在保证硅片切割合格率的同时，降低线锯切割过程中的锯缝损失，提高原料硅片的产出率，进而降低了太阳能电池片的制作成本。
以上所述实施例，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种线锯切割方法，其特征在于，包括：
减小线锯切割机的钢线直径；
减小线锯切割机的导轮槽距；
根据线锯切割机的钢线直径，提高线锯切割机的钢线的线速度参数，提高线锯切割机的浆料流量参数，降低线锯切割机的钢线张力参数，降低线锯切割机的工作台速度参数，降低线锯切割机的浆料温度参数；
进行线锯切割；
当所述线锯切割机的钢线直径为0.115mm时，提高线锯切割机的钢线的线速度参数为10.8m/s，提高线锯切割机的浆料流量参数为100kg/min，降低线锯切割机的钢线张力参数为18N，降低线锯切割机的工作台速度参数为340μm/min，降低线锯切割机的浆料温度参数为22℃；
当所述线锯切割机的钢线直径为0.125mm时，提高线锯切割机的钢线的线速度参数为13.8m/s，提高线锯切割机的浆料流量参数为150kg/min，降低线锯切割机的钢线张力参数为21N，降低线锯切割机的工作台速度参数为285μm/min，降低线锯切割机的浆料温度参数为21℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述线锯切割机的钢线直径为0.115mm时，每次线锯切割的时间为8.5h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述线锯切割机的钢线直径为0.125mm时，每次线锯切割的时间为10.4h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线锯切割机的导轮槽距的减小值与钢线直径的减小值相同。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述线锯切割机的钢线直径为0.115mm时，减小线锯切割机的导轮槽距为340μm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述线锯切割机的钢线直径为0.125mm时，减小线锯切割机的导轮槽距为350μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |