太阳能光伏硅片切割技术及切割钢丝生产探究

摘　要：近些年，全球太阳能电池的产量越来越高，虽然遭遇全球金融危机的影响，但是其产量仍然稳步增长，可见，太阳能光伏发电行业有很好的发展前景，在我国新能源市场开发中有重要作用，所以要进一步研究太阳能光伏相关技术，本文就对光伏硅片切割技术尤其是多线切割技术和切割钢丝质量问题进行探讨。

关键词：太阳能；光伏；钢丝
1. 引言
　　随着近几年太阳能产业的发展，太阳能光伏发电行业也得到发展，并且有很好的发展前景，但是目前国内的太阳能开发技术尤其是太阳能光伏硅片切割钢丝技术有很多技术难题等待解决，本文先介绍光伏硅片切割钢丝的市场状况，进而介绍光伏硅片切割技术中多线切割技术的要点以及钢丝的质量要求，并提出解决措施。
2. 切割钢丝的市场需求分析
　　目前全球的石油总储量可以开采四十年左右，原煤大约可以开采二百年，这些能源资源都是不可再生的，具有稀缺性，能源的紧缺使得太阳能为主的新能源产业得到极大的发展空间，被国家认定为战略性新兴产业并成为发展重点。从我外发达国家的能源资源发展情况来看，近几年时间，太阳能电池的产量飞速发展，最高增长率达到了55.3%。据统计，2009年，全球太阳能电池产量比2008年增长了33%，可见，即使是受到全球金融危机的影响，太阳能电池生产产业也保持了良好的发展势头。
　　光伏产业是我国新能源产业的代表，在国际能源市场上，我国的光伏产业已经起到了举足轻重的作用。随着国家补贴资金的投入，光伏发电朝着规模化水平进一步发展，相关的产业链也会更加完备，对切割钢丝的需求量也会逐步增加，我们根据每兆瓦晶体硅使用10吨切割钢丝的用量以及每吨晶体硅切割使用600—700Kg的切割钢丝的数据进行了计算，并对未来几年切割钢丝的需求量进行了预测计算。据计算，2013年切割钢丝产量将达到9万吨，2014年12万吨，2015年达到15万吨。
　　虽然切割钢丝的需求量逐年增长，但是，由于技术水平和经验的差距，我国的切割丝生产中存在很多技术性难题需要解决，只有将这些技术难题解决掉，才能更好地供应光伏产业的生产需求。
3. 多线切割技术要点及钢线指标
　　所谓硅片切割就是用线切割的方式把硅棒切割成一定厚度的硅片，硅片厚度一般在0.18mm—0.20mm左右，有时在切割中还要进行厚度转变等，为了在一块硅片上最大限度地切割出尽量多的硅片，尽量提高产量，减少晶体硅原料的用量，必须解决切割技术中的重要问题。
      3.1多线切割技术要点
　　多线切割技术中，利用钢丝在导轮上刻上精密的线槽，线槽的精度要与所使用的切割线的直径相匹配，四个顺序缠绕的导轮的线槽上下平行，钢线通过线槽形成两个两个平行线网，两个上下平行的线网就可以确定硅片的切割厚度和切割锯痕的宽度。导轮的旋转是利用发电机来带动的，导轮旋转可以带动切割钢线高速运行，运行速度每秒可以达到10米到20米之间。喷砂机在工作台旁边喷出砂浆，砂浆均匀地布局在线网上，通过金属丝的高速运行，给碳化硅研磨料提供动力来进行硅片的切割。已经放出或用过的钢线利用收线轮收集，然后利用放线轮将新的钢线放出。导轮间的空间和工作台的垂直形成共同决定切割晶棒的直径最大值，比较常见的是150mm—200mm的单晶棒料，而且，随着目前切割技术的不断进步，300mm的硅片生产也有较快的发展。
　　多线切割比内圆切割有着明显的优势，下面就对两种技术进行比较说明。
　　首先，多线切割比内圆切割的效率高，每次切割的数量可以达到几千片，切割速度在300平方英尺／小时到2000平方英尺／小时之间，相比之下，内圆切割的效率就小多了，每次只能切割出一片。第二，多线切割的材料消耗少。多线切割的切割用料只为内圆切割用料的60%。第三，利用多线切割可以最大限度的降低硅片表面的损坏程度。第四，多线切割精度高，硅片较薄，同一块硅棒，利用多线切割法可以切出更多的硅片，有较高的收得率。第五，多线切割方法的加工硅锭有较大的直径，便于生产和使用。
　　同时，多线切割也有很多缺点和不足：
　　首先，在调节切片厚度时困难较大，难以再切割中进行有效的检测和质量控制；而由于内圆切割方法每次只切割一片，因此也就方便随时进行质量、厚度检测，对每片都方便进行晶体状况和厚度的调整。第二，多线切割要就较高的切割成功率，如果出现断丝等状况，就会导致晶棒报废，因此有较大的风险。第三，生产成本较高。切割使用的金属线只能使用一次，且价格较贵，而内圆切割片机的价格则远远低于线切割机的价格，一般前者价格是后者价格的三分之一左右。切割钢丝非常细，直径只有70μm—160μm，它是利用含碳量极高的钢线材加工而成的，切割钢丝强度高、尺寸精度准确，且在表面镀有黄铜。因此切割钢丝有较小的切割损失，同时又较高的切割率和更加平整光滑的切割面。切割钢丝在半导体切割、集成电路切割、水晶切割等硬质、脆质材料的切割中有重要的应用价值。
      3.2切割钢丝的质量指标
　　切片制作中的主要材料有切割钢丝、切割砂和切割液三种，切割钢丝是其中重要的一种，因此对其要求很高，切割钢丝必须具有极高的强度，要能够承受高速运转的机器，要保证钢丝的切割磨损达到最小，同时，钢丝的直径要保持在0.08mm—0.14mm之间，只有细直径才能使切口损耗达到最小，出片率更高；直径公差和椭圆度要精确、带砂能力要强、断线率要低，等等，这些都是切割钢丝生产中需要解决和重视的技术问题。必须确保原材料合乎要求，控制好半成品钢丝的热处理和电镀黄铜的处理，增强韧度和强度。
4. 结语
　　通过对太阳能光伏硅片切割技术的分析和介绍以及对切割钢丝的质量指标的介绍，希望能够引起对这两者的重视，进一步推动切割技术的发展以及切割钢丝生产效率和切割钢丝质量的提高。
参考文献：
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