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編者按：太陽(yáng)能電池在經(jīng)歷了二十年的風(fēng)雨之后，價(jià)格成本一直在走低，這歸其本質(zhì)而言就是革新，這其中很重要的技術(shù)就是切片。

縱觀中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)走過的這二十年里，太陽(yáng)能電池的價(jià)格一年比一年低，成本下降的同時(shí)本質(zhì)是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的革新，而這其中的一代功臣就是切片技術(shù)。眾所周知，硅料的提純是一個(gè)高耗能和高工藝水平的一道工序，也直接是硅片價(jià)格不能夠一降再降的根本原因。在太陽(yáng)能電池片發(fā)展的這十幾年里，硅片的厚度一降再降，直接大幅度的拉低了太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)成本價(jià)格，為這個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈做出了突出貢獻(xiàn)，接下來就讓我們認(rèn)識(shí)一下切片工序到底是怎么進(jìn)行的。

一、切片的原理

線切割是通過使用一條高速運(yùn)行的金屬線攜帶砂漿，把硅塊切割成薄片的。系統(tǒng)中，金屬線纏繞一組導(dǎo)輪形成一個(gè)切割線網(wǎng)。硅塊被頂起推在金屬線網(wǎng)上，同時(shí)金屬線網(wǎng)向一個(gè)方向(單線切割)或來回(雙向切割)運(yùn)動(dòng)。SiC主要用于切割，切割液用于懸浮，鋼線用于承載。

二、三大輔料

1.剛線

鋼線是線切割中的重要耗材之一，鋼線在拉制過程中表面都會(huì)鍍上一層很薄的銅，因此新鋼線都是呈金黃色，鋼線的密度為7.8kg/L，鋼線的主要參數(shù)為鋼線直徑、鋼線長(zhǎng)度、拉伸強(qiáng)度、破斷力、伸縮率等。

在多線切割加工過程中，鋼線作為實(shí)現(xiàn)對(duì)晶棒切割磨削的載體，通過高速運(yùn)動(dòng)，保證SIC磨料達(dá)到切削去除硅材料的基本能量，SIC磨料在研磨去除中受到鋼線壓力，此壓力來源于不斷的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由于鋼線的高速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)磨料在鋼絲和晶棒之間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅晶材料的切除，在此運(yùn)動(dòng)過程中，鋼絲和被去除的硅材料相互都具有磨損，然而鋼線由于不斷更新，磨損過的鋼絲不再使用，而對(duì)于被切割的晶棒破損不斷的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅晶棒的切削成片。

鋼線由于高壓和強(qiáng)烈的摩擦，以及摩擦帶來高溫，碳化硅微粒的運(yùn)動(dòng)切割以及大的拉力和循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)使鋼線產(chǎn)生拉斷和疲勞斷裂，降低了鋼線的使用壽命。

硅片切割中通常關(guān)注鋼線兩個(gè)參數(shù)：1、橢圓度 2、磨損量

2. 碳化硅

碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成。碳化硅的原子排列結(jié)構(gòu)有如類似金剛石的正四面體結(jié)構(gòu)，具有非常高的穩(wěn)定性，硬度很大，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，高溫時(shí)能抗氧化，因而成為優(yōu)良的多線切割用磨料。

影響切割的碳化硅的主要特性：粒度、粒度分布、粒形和韌性，

粒度：在切割磨料中，粒度是決定硅片厚度的主要因素之一;

切割刀縫=鋼線Ф+3.5X粒度(D50);

切割的效率隨著粒度的變小而降低，F(xiàn)2000以下的粒度的切割率急劇下降;

雖然大顆粒切割較快，但是它會(huì)引起表面損傷，深的線痕和高的表面粗糙度;也表現(xiàn)更高的TTV和切損，可以理解為由大粒度的高刻劃力引起的。

粒度分布：在硅片切割中，窄范圍的粒度分布是必需的，比較寬的粒度分布把對(duì)切削液的粘度提高到一個(gè)不可接受的極限。含有大顆粒的碳化硅將帶來高的TTV和切損，而超細(xì)顆粒的碳化硅存在提高了粘度，帶來高的切損、高的曲度和產(chǎn)生大塊的擦傷。所以，多線切割機(jī)的碳化硅，粒度必須比較窄，而且細(xì)粒和粗粒都應(yīng)該盡可能的少。

碳化硅的粒現(xiàn)：硅片切割用的碳化硅應(yīng)該是接近球狀，但是有很多棱角的。這些凸起的棱角相當(dāng)于刀刃，這種形態(tài)可以用圓形度來表述。碳化硅在循環(huán)使用后(包括在線回收和離線)，減少了棱角，減低了切割能力;切割硅片表面會(huì)越來越粗糙，導(dǎo)致比較高的TTV、線痕等異常。

顆粒韌性：好的碳化硅塊料決定了碳化硅微粉的韌性、硬度，在在參與切割過程的的破損率越低，消耗越小;

3. 切割液

太陽(yáng)能級(jí)切割液是聚乙二醇(PEG)和復(fù)配組分混合而成，目前PEG仍是多線切割用切割液的主要成分。聚乙二醇(PEG)為低毒無刺激性聚合物,是由環(huán)氧乙烷與水或乙二醇為原料通過逐步加成反應(yīng)而生成，其原材料主要來源于石油制品。

PEG主要性能：無毒、無刺激性，具有良好的水溶性，并與許多有機(jī)物組份有良好的相溶性。具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、保濕性、分散性、粘接劑、抗靜電劑及柔軟劑等。用于硅片切割的切割液中聚乙二醇(PEG)的平均分子量通常為200-400，這一級(jí)別的PEG具有適宜的粘度指標(biāo)，既有良好的流動(dòng)性，又對(duì)碳化硅微粉具有良好的分散穩(wěn)定性能，帶砂能力強(qiáng)。

液體的密度：由于承載磨料的液體密度越大，其與磨料顆粒的混合性能就越強(qiáng)，所以在選擇砂漿的主要液體時(shí)，主要選擇液體密度高于1.0g/cm3的液體。

液體的揮發(fā)性：在線切割工藝中，切割瞬間散發(fā)出的熱量較大，如果液體的沸點(diǎn)較低(或揮發(fā)度較高)，則切割過程損耗較大，需要不斷補(bǔ)充液體，難以保證切割出的產(chǎn)品質(zhì)量。

液體的粘度：砂漿中液體必須具有高于水的粘度，這既可以保證磨料微粉的懸浮效果、又可以保證液體在線鋸上的適度附著，增強(qiáng)砂漿的熱傳導(dǎo)效率。

表面張力：液體的表面張力越低，在固體表面的鋪展性越好。這一性能決定了砂漿在線鋸及硅晶體表面的附著量。

切割液粘度與溫度的關(guān)系：液體的粘度來自分子引力，溫度升高，分子間的距離加大，分子引力減小，內(nèi)摩擦減弱，粘度就降低。溫度在17~30℃變化時(shí)，砂漿粘度隨溫度的變化呈線性關(guān)系。可近似認(rèn)為降溫時(shí)，每降低1 ℃，砂漿粘度提高10.0mpa.s;升溫時(shí)，每升高1 ℃，砂漿粘度降低10.5mpa.s。

水分對(duì)切割液(砂漿)的影響：如果砂漿里面混入了水分, 水分子為強(qiáng)極性分子，H2O更容易和PEG之間形成氫鍵，在PEG量一定的情況下,如果氫鍵部分被H2O占據(jù),那么SiC吸附的量就減小了,引起砂子懸浮能力不足而大量沉降，從而影響切割過程中的穩(wěn)定性和硅片的質(zhì)量，因而如何防止水進(jìn)入砂漿成為總多切片企業(yè)的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

原標(biāo)題：太陽(yáng)能電池片科普系列—切片篇