CN103350460B - 一种提高单晶硅出片率的切割工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种提高单晶硅出片率的切割工艺及其装置，该硅锭切割装置具有至少两个导轮和切割钢线，所述切割钢线经导轮表面的线槽螺旋环绕，所述线槽的形状为“U”形，所述导轮的表面设有纳米磁性材料聚氨酯层。工艺是：采用该硅锭切割装置，控制导轮的转速使切割钢线的线速度为480m/min～680m/min，进刀速度为0.28mm/min～0.32mm/min。优点是：工艺方法简单，操作方便，该装置可以增加对切割钢线具有吸附把持力，通过对切割速度、进刀速度工艺参数的控制，保证了切割过程的稳定，从而减少了钢线断线、跳线、片面的线痕发生率，提高了产品的成品率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高单晶硅出片率的切割工艺及其装置。
背景技术
利用光伏效应（photovoltaic effect），使太阳光的光能通过硅片转换成电能的硅晶太阳能电池是一个新能源产业，它在世界各国的能源经济和社会可持续发展中的战略地位十分重要。
近年来，在加快硅晶太阳能电池的普及和利用中，提高硅晶的出片率，以降低生产成本成为单晶硅加工行业的发展方向。在生产相同规格的硅片时，降低硅片的厚度可以提高太阳能硅片的出片率。目前，在切割过程中主要通过缩小导轮的槽距，来降低硅片的厚度，将硅片厚度降低至120μm～175μm，这样虽然提高了硅片的理论出片数，由于在切割过程中槽距的尺寸过小，导致钢线容易断线、跳线，致使硅片的碎片增多，切割的硅片存在片面线痕，产品成品率低于90%。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高单晶硅出片率的切割工艺及其装置，工艺方法简单，操作方便，该装置可提高单晶硅理论出片率，减少钢线断线、跳线、片面的线痕发生率，从而提高产品成品率，降低生产成本。
本发明的技术解决方案是：
一种提高单晶硅出片率的切割工艺，其具体步骤是：
1、采用由导轮和切割钢线构成的硅锭切割装置，导轮表面的硬度≥96A，导轮表面的磁能积为180kJ/m3～450kJ/m3；
2、控制导轮的转速使切割钢线的线速度为480m/min～680m/min，进刀速度为0.28mm/min～0.32mm/min，砂浆密度1.60g/cm3～1.70g/cm3。
所述导轮表面的硬度为96A～97A，导轮表面的磁能积为270kJ/m3～380kJ/m3。
一种提高单晶硅出片率的硅锭切割装置，具有至少两个导轮和切割钢线，所述切割钢线经导轮表面的线槽螺旋环绕，其特殊之处在于：所述线槽的形状为“U”形，所述切割钢线的直径为90μm～140μm，所述线槽的夹角为35°～70°，所述线槽的槽距为0.270mm～0.305mm，所述线槽的槽深为0.20mm～0.43mm，所述线槽的圆弧面半径为切割钢线半径的0.5倍～1.5倍，所述导轮的表面设有纳米磁性材料聚氨酯层。
所述纳米磁性材料聚氨酯层的厚度为15mm～17mm。
所述线槽由进线端第一个线槽至出线端线槽的槽距依次递减，所述线槽的槽距为A-B*((n-1)/N)，其中，A是进线端第一个线槽的槽距、B值为0～12μm、N是总槽数、n是第n个槽数。
所述线槽的夹角为50°～55°，线槽的槽距为0.285mm～0.295mm，线槽的槽深为0.21mm～0.28mm，线槽的槽底圆角半径为切割钢线半径的0.9倍～1.1倍。
所述纳米磁性材料聚氨酯层的材质为纳米磁性材料与聚氨酯的混合物。
所述切割钢线的材质为高强度钢线或树脂金刚线或电镀金刚线。
本发明的有益效果：
工艺方法简单，操作方便，在减小导轮上线槽的槽距，提高了理论单晶硅出片率，将线槽设置成“U”形，并在导轮的表面涂装纳米磁性材料聚氨酯层，以增加对切割钢线具有吸附把持力，通过对切割速度、进刀速度工艺参数的控制，保证了切割过程的稳定，从而减少了钢线断线、跳线、片面的线痕发生率，提高了产品的成品率，降低了生产成本，通过工艺与设备的配合进行切割硅片，8寸硅单晶成品率可以达到在90.71%以上，出片率为39.95片/公斤以上，8.3寸硅单晶成品率可以达到在96%以上，出片率为36片/公斤以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是导轮的主视图；
图3是图2的A部放大图。
图中：1-线槽，2-导轮，3-纳米磁性材料聚氨酯层，4-切割钢线。
具体实施方式
实施例1
如图所示，该硅锭切割装置，具有两个导轮2和切割钢线4，所述切割钢线4经导轮2表面的线槽1螺旋环绕，所述线槽1 的形状为“U”形，所述切割钢线4是直径为100μm的树脂金刚线；所述线槽1的夹角为55°、槽深为274μm、圆弧面半径为55μm，所述进线端第一个线槽1的槽距为0.285mm，所述线槽1的槽距为0.285mm-0.006mm *((n-1)/N)，其中， N是总槽数、n是第n个槽数；所述导轮2的表面涂装有厚度为15mm的纳米磁性材料与聚氨酯的混合物的纳米磁性材料聚氨酯层3；导轮2表面的磁能积为270（kJ/m3）、硬度为96A。
切割工艺如下：
切割砂为：2000目原砂；
切割液为：50%OX-Si205原生切割液，50%再生切割液；
砂液质量比为： 0.92（切割砂）：1（切割液）；
切片工艺：进刀速度0.3mm/min；钢线速度580m/min，砂浆密度1.69g/ cm3；
硅晶：8寸切11刀。
单刀最高成品率为95.3%，最高出片率为42片/公斤；平均每刀硅单晶棒长为775.2mm；片厚度平均值为186.38μm，最小厚度平均值为183.61μm，最大厚度平均值为188.81μm，TTV为5.19；电池转换效率为18.75%；电池制作的成品率为99.7%；成品率和出片率如表1所示。
实施例2
如图所示，该硅锭切割装置，具有两个导轮2和切割钢线4，所述切割钢线4经导轮2表面的线槽1螺旋环绕，所述线槽1 的形状为“U”形，所述切割钢线4是直径为140μm的电镀金刚线；所述线槽1的夹角为70°、槽距为0.305mm、槽深为218μm、圆弧面半径为35μm，所述导轮2的表面涂装有厚度为17mm的纳米磁性材料与聚氨酯的混合物的纳米磁性材料聚氨酯层3；导轮2表面的磁能积为450（kJ/m3）、硬度为96A。
切割工艺如下：
切割砂为2000目原砂；
切割液为70%OX-Si205原生切割液、30%再生切割液；
砂液质量比为0.92（切割砂）：1（切割液）；
进刀速度为0.28mm/min，切割钢线4的线速520m/min；
砂浆密度为1.65g/cm3。
硅晶：8.3寸切11刀；8.3寸单晶单刀平均成品率为89.56%，平均出片率为35.77片/公斤；平均每刀棒长766.25mm；片厚度平均值为180.01μm，最小厚度平均值为175.61μm，最大厚度平均值为181.81μm，TTV为5.02。电池转换效率为18.68%, 电池制作的成品率为99.76%。成品率和出片率如表1所示。
实施例3
如图所示，该硅锭切割装置，具有两个导轮2和切割钢线4，所述切割钢线4经导轮2表面的线槽1螺旋环绕，所述线槽1 的形状为“U”形，所述切割钢线4是直径为90μm的高强度钢线；所述线槽1的夹角为35°、槽深为428μm、圆弧面半径为67μm，所述进线端第一个线槽1的槽距为0.270mm，所述线槽1的槽距为0.270mm -0.012mm*((n-1)/N)，其中， N是总槽数、n是第n个槽数；所述导轮2的表面涂装有厚度为16mm的纳米磁性材料与聚氨酯的混合物的纳米磁性材料聚氨酯层3；导轮2表面的磁能积为180（kJ/m3）、硬度为97A。
切割工艺如下：
切割砂为：2000目原砂；
切割液为：70%OX-Si205原生切割液，30%再生切割液；
砂液质量比为： 0.92（切割砂）：1（切割液）；
进刀速度0.30mm/min；钢线速度600m/min，砂浆密度1.65g/cm3。
硅晶：8.3寸切17刀；平均每刀棒长800mm；片厚度平均值为175μm，最小厚度平均值为171μm，最大厚度平均值为179μm，TTV为4.30。电池转换效率为18.78%, 电池制作的成品率为99.9%。成品率和出片率如表1所示。
实施例4
如图所示，该硅锭切割装置具有两个导轮2和切割钢线4，所述切割钢线4经导轮2表面的线槽1螺旋环绕，所述线槽1的形状为“U”形，所述切割钢线4是直径为120μm的电镀金刚线；所述线槽1的夹角为50°、槽距为0.295mm、槽深为316μm、圆弧面半径为65μm，所述导轮2的表面涂装有厚度为16mm的纳米磁性材料与聚氨酯的混合物的纳米磁性材料聚氨酯层3；导轮2表面的磁能积为380（kJ/m3）、硬度为97A。
切割工艺如下：
切割砂为：2000目原砂；
切割液为：70%OX-Si205原生切割液，30%再生切割液；
砂液质量比为： 0.92（切割砂）：1（切割液）；
进刀速度0.30mm/min；钢线速度680m/min,砂浆密度1.60g/cm3。
硅晶：8.3寸切19刀；平均每刀棒长780mm；片厚度平均值为170μm，最小厚度平均值为168μm，最大厚度平均值为172μm，TTV为5.10,电池转换效率为18.72%, 电池制作的成品率为99.88%。成品率和出片率如表1所示。
表1
Claims (7)
1.一种提高单晶硅出片率的切割工艺，其特征是：
具体步骤如下：
1.1、采用由导轮和切割钢线构成的硅锭切割装置，导轮表面的硬度≥96A，导轮表面的磁能积为180kJ/m3～450kJ/m3；
1.2、控制导轮的转速使切割钢线的线速度为480m/min～680m/min，进刀速度为0.28mm/min～0.32mm/min，砂浆密度1.60g/cm3～1.70g/cm3。
2.根据权利要求1所述的提高单晶硅出片率的切割工艺，其特征是：所述导轮表面的硬度为96A～97A，导轮表面的磁能积为270kJ/m3～380kJ/m3。
3.一种提高单晶硅出片率的硅锭切割装置，具有至少两个导轮、切割钢线，所述切割钢线经导轮表面的线槽螺旋环绕，其特征是：所述线槽的形状为“U”形，所述切割钢线的直径为90μm～140μm，所述线槽的夹角为35°～70°，所述线槽的槽距为0.270mm～0.305mm，所述线槽的槽深为0.20mm～0.43mm，所述线槽的圆弧面半径为切割钢线半径的0.5倍～1.5倍，所述导轮的表面设有纳米磁性材料聚氨酯层，所述纳米磁性材料聚氨酯层的材质为纳米磁性材料与聚氨酯的混合物。
4.根据权利要求3所述的提高单晶硅出片率的硅锭切割装置，其特征是：所述线槽由进线端第一个线槽至出线端线槽的槽距依次递减，所述线槽的槽距为A-B*((n-1)/N)，其中，A是进线端第一个线槽的槽距、B值为0～12μm、N是总槽数、n是第n个槽数。
5.根据权利要求3所述的提高单晶硅出片率的硅锭切割装置，其特征是：所述纳米磁性材料聚氨酯层的厚度为15mm～17mm。
6.根据权利要求3所述的提高单晶硅出片率的硅锭切割装置，其特征是：所述线槽的夹角为50°～55°，线槽的槽距为0.285mm～0.295mm，线槽的槽深为0.21mm～0.28mm，线槽的槽底圆角半径为切割钢线半径的0.9倍～1.1倍。
7.根据权利要求3所述的提高单晶硅出片率的硅锭切割装置，其特征是：所述切割钢线的材质为高强度钢线或树脂金刚线或电镀金刚线。
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