硅（Si）是熔點高、硬而脆、具有銀白色金屬光澤的固體，是地球上儲量第二豐富的元素，硅構成地殼總質量的26.4%。硅元素位于元素周期表Ⅳ主族，原子序數為14，相對分子質量為28.09，密度為2.33 g/cm3，熔點為1420℃，沸點為2355℃。硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽等形式存在，需要經過較為復雜的冶煉過程和超高的提純加工工藝才能達到和滿足半導體產業生產制造的要求，用于半導體的單晶硅純度要求為99.9999%，甚至達到99.9999999%以上。單晶硅生長方法按照晶體的生長方式不同，可分為直拉法、區熔法和外延法等，其中，以下介紹的直拉法是現在比較主流的單晶硅生長方法。單晶硅通過切片、圓邊、研磨等工序后得到硅片。
將符合高純度要求的塊狀多晶硅放入單晶爐的坩堝中，依據產品需求的電性特質指標要求加入特定劑量的金屬物質或其他雜質，加熱至1420℃以上的熔化溫度來熔化多晶硅。當硅熔漿的溫度穩定后，將晶種慢慢下降進入硅熔融體中（晶種在硅熔融體內也會被熔化），隨后將具有一定轉速的晶種按照一定的速度向上提升，最后生產出合格的硅晶柱。硅晶柱直徑越大，則硅的單晶性越難掌控，質量也越難保證，因此直徑越大的硅晶柱制程的技術門檻也越高。長晶生成硅晶柱的制造過程主要包括潤晶、縮頸、放肩、等徑生長、收尾等復雜的工藝流程。硅晶柱完成后需再進行裁切與檢測。對硅晶柱切取試樣，以檢測其電阻率、氧/碳含量和晶體缺陷等技術參數。切片首先使用工業級鉆石模具進行加工，將晶柱磨成平滑圓柱體，并切除頭尾兩端錐狀晶錠的頭和尾，形成標準圓柱，再以內徑鋸片進行切片加工。切片后的硅片厚度、弓形度及撓曲度等特性指標是切片制程質量管控的關鍵。剛切好的硅片其邊緣皆為銳利的直角，由于其硬而脆的材料特性，直角容易碎裂，且在后續制程中易產生熱應力、破裂、崩邊等其他質量缺陷，除了影響硅片強度，也會成為整個制程中污染微粒的來源。圓邊就是對硅片邊緣進行倒角加工的過程，也稱倒角。圓邊后的硅片具有光滑的邊緣和較低的中心應力，可以有效地改善和提高硅片整體的機械強度和可加工性。研磨是為了去除切割和輪磨后所造成的鋸痕、黏附的碎屑和污漬等，使硅片表面達到可進行進一步拋光處理的平整度。經前述加工制程后，硅片表面因加工而形成一層損傷層（Damaged Layer），在拋光之前用化學溶液蝕刻予以去除，再以純水沖洗吹干，利用噴砂法等工藝將硅片上的缺陷處理完善，從而制造出完整而無缺陷的晶圓片材料。硅片切割是光伏產業鏈中非常重要的環節，硅片切割的好壞直接影響下游的電池制作，切片工藝的高低決定企業的生產成本。目前國內使用的切片機主要有瑞士的HCT，德國的MB以及日本東鋼的切割機，下面介紹德國的MB切片機的工藝。根據切方工序提供的《領取晶棒記錄表》配置所需晶棒。需要由若干小段晶棒拼湊成一組長棒時，每組相同位置所對應的晶棒之間長度差距不得超過10mm。每個位置的晶棒不得超過4段。每組晶棒總長度不低于450mm，不超過515mm。配置完畢后將晶棒棒號、長度、所在位置填寫在《粘晶棒記錄表》上。根據《粘晶棒記錄表》所配置的晶棒棒號在切方工序領取晶棒并在《領取晶棒記錄表》上簽名。領取的晶棒根據《粘晶棒記錄表》上所標位置擺放在粘晶棒工作臺上，并保持清潔。領取晶棒時發現晶棒上有油污，硅粉，水漬等臟物時此晶棒便不得領用，向主管領導反應，等切方工序將晶棒清潔干凈后再領用。將金屬墊條放置在粘晶棒限位器上，一邊緊靠定位螺釘。用無水酒精清潔金屬墊條與玻璃墊條待粘表面，調配15克膠和15克固化劑，攪拌均勻，均勻的涂抹在金屬墊條上，然后將玻璃墊條放在上面，用力擠壓移動玻璃墊條，使玻璃墊條和金屬墊條之間的空氣全部排出，充分接觸。然后壓上重物，等待20分鐘。取下重物，用無水酒精清潔玻璃墊條和晶棒待粘表面。
根據晶棒長度調20~25克膠和20~25克固化劑，攪拌均勻后均勻的涂抹在玻璃墊條上，將晶棒放在上面，用力擠壓移動晶棒，使其中的空氣全部排除，充分接觸，然后壓上重物，等待20分鐘后翻轉過來，將夾持導軌放置在金屬墊條上，用40牛的力上緊5個涂抹過黃油的螺栓，放置6小時后用于切割。硅片是晶體硅光伏電池技能中最貴重的部分，所以下降這部分的制作本錢關于前進太陽能對傳統動力的競爭力至關重要。本文將對硅片切片工藝、制作業的應戰和新一代線鋸技能怎么下降切片本錢做一個概述。第一臺有用的光伏切片機臺誕生于1980年代，它源于Charles Hauser 博士前沿性的研討和作業。Charles Hauser 博士是瑞士HCT切片體系的創辦人，也便是現在的運用資料公司PWS準確硅片處理體系事業部的前身。今日，干流的用于硅錠和硅片切開的機臺的根本結構依然源于Charles Hauser 博士開始的機臺，不過在處理載荷和切開速度上現已有了明顯的前進。現代線鋸的中心是在研磨漿合作下用于完結切開動作的超細高強度切開線。最多可達1000條切開線彼此平行的纏繞在導線輪上構成一個水平的切開線“網“。馬達驅動導線輪使整個切開線網以每秒5到25米的速度移動。切開線的速度、直線運動或來回運動都會在整個切開進程中依據硅錠的形狀進行調整。
在切開線運動進程中，噴嘴會持續向切開線噴發含有懸浮碳化硅顆粒的研磨漿。硅塊被固定于切開臺上，一般一次4塊。切開臺垂經過運動的切開線切開網，使硅塊被切開成硅片。切開原理看似十分簡略，可是實踐操作進程中有許多應戰。線鋸有必要準確平衡和操控切開線直徑、切開速度和總的切開面積，然后在硅片不破碎的情況下，獲得共同的硅片厚度，并縮短切開時刻。關于以硅片為基底的光伏電池來說，晶體硅(c-Si)質料和切開本錢在電池總本錢中占有了最大的部分。光伏電池出產商可以經過在切片進程中節省硅質料來下降本錢。下降截口丟失可以到達這個效果，截口丟失首要和切開線直徑有關，是切開進程自身所發生的質料丟失。切開線直徑現已從本來的180-160μm 下降到了現在遍及運用的140-100μm 。下降切開線直徑還可以在相同的硅塊長度下切開出更多的硅片，前進機臺產值。讓硅片變得更薄相同可以削減硅質料耗費。在曩昔的十多年中，光伏硅片的厚度從本來的330μm下降到現在遍及的180-220μm 范圍內。這個趨勢還將持續，硅片厚度將變成 100μm. 削減硅片厚度帶來的效益是驚人的，從330μm 到 130μm， 光伏電池制作商最多可以下降整體硅質料耗費量 多達60%。在硅片切開工藝中咱們需求面臨多項應戰，首要聚集于線鋸的出產力，也便是單位時刻內出產的硅片數量。1) 切開線直徑 – 更細的切開線意味著更低的截口丟失，也便是說同一個硅塊可以出產更多的硅片。但是，切開線更細更簡單開裂。2) 荷載 – 每次切開的總面積，等于硅片面積X每次切開的硅塊數量X每個硅塊所切開成的硅片數量 。3) 切開速度 – 切開臺經過切開線切開網的速度，這在很大程度上取決于切開線運動速度，馬達功率和切開線拉力。4) 易于保護性 – 線鋸在切開之間需求替換切開線和研磨漿，保護的速度越快，整體的出產力就越高。出產商有必要平衡這些相關的要素使出產力到達最大化。更高的切開速度和更大的荷載將會加大切開切開線的拉力，添加切開線開裂的危險。由于同一硅塊上一切硅片是一起被切開的，只需有一條切開線開裂，一切部分切開的硅片都不得不丟掉。但是，運用更粗更結實的切開線也并不可取，這會削減每次切開所出產的硅片數量，并添加硅質料的耗費量。硅片厚度也是影響出產力的一個要素，由于它關系到每個硅塊所出產出的硅片數量。超薄的硅片給線鋸技能提出了額定的應戰，由于其出產進程要困難得多。除了硅片的機械脆性以外，假如線鋸工藝沒有精細操控，纖細的裂紋和曲折都會對產品良率發生負面影響。超薄硅片線鋸體系有必要可以對工藝線性、切開線速度和壓力、以及切開冷卻液進行精細操控。不管硅片的厚薄，晶體硅光伏電池制作商都對硅片的質量提出了極高的要求。硅片不能有外表損害(纖細裂紋、線鋸印記)，描摹缺點(曲折、凹凸、厚薄不均)要最小化，對額定后端處理如拋光等的要求也要降到最低。為了滿意商場關于更低本錢和更高出產力的要求，新一代線鋸有必要前進切開速度，運用更長的硅塊然后前進切開荷載。更細的切開線和更薄的硅片都前進了出產力，一起，先進的工藝操控可以辦理切開線拉力以此堅持切開線的結實性。
運用不止一組切開切開線是在堅持速度的條件下前進機臺產值的一個立異辦法。運用資料公司最新的MaxEdge? 體系(圖3)采用了共同的兩組獨立操控的切開組件(圖 4)。MaxEdge是業界第一個專門規劃運用細切開線的線鋸體系 ，最低可到達80μm。相關于業界搶先的運用資料公司HCT B5線鋸體系，這些改善削減了硅料丟失使產值前進多達50%。
1、雜質線痕：由多晶硅錠內雜質引起，在切片過程中無法完全去除，導致硅片上產生相關線痕。 2、劃傷線痕：由砂漿中的SIC大顆粒或砂漿結塊引起。切割過程中，SIC顆粒“卡”在鋼線與硅片之間，無法溢出，造成線痕。 表現形式：包括整條線痕和半截線痕，內凹，線痕發亮，較其它線痕更加窄細。 3、密布線痕（密集型線痕）：由于砂漿的磨削能力不夠或者切片機砂漿回路系統問題，造成硅片上出現密集線痕區域。 4、錯位線痕：由于切片機液壓夾緊裝置表面有砂漿等異物或者托板上有殘余膠水，造成液壓裝置與托板不能完全夾緊，以及托板螺絲松動，而產生的線痕。 在整個切割過程中，對硅片的質量以及成品率起主要作用的是切割液的粘度、碳化硅微粉的粒型及粒度、砂漿的粘度、砂漿的流量、鋼線的速度、鋼線的張力以及工件的進給速度等。線痕和TTV: 線痕和TTV是在硅片加工當中遇到的比較頭疼的事，時不時就會出現一刀，防不勝防。TTV是在入刀的時候出現，而線痕是在收線弓的時候容易出現。?切割廢屑主要是Si屑。粗制硅片切割，就是將硅錠切割成硅片，目前基本采用線切割法，添加SiC切割液，Si和SiC本身均無毒,但一般硅錠中會摻雜P,B,As等元素以得到需要的硅片,因而切割廢液,廢屑等具一定毒性,但毒性極低,因為雜質含量是非常非常低的。工藝制作完成的IC硅片（晶圓）的切割，或太陽能晶圓的切割，由于硅片切割道內有一些用Cu,Ti,Ni,Co等制作的圖形，硅片本身也經過P,B,As等摻雜，所以切割廢屑有一定的毒性，但有毒成份含量是ppm微量級的．另外，晶圓切割時，有可能添加切割液，所以必須看看切割液是否有毒（一般情況下是無毒的）．需要做好勞動保護?太陽能光伏電池硅片切割技術是太陽能光伏電池制造工藝中的關鍵部分。該工藝用于處理單晶硅或者多晶硅的固體硅錠。線鋸首先把硅錠切成方塊，然后切成很薄的硅片。硅片就是制造光伏電池的基板。硅塊被固定于切割臺上，通常一次4 塊。切割臺垂通過運動的切割線切割網，使硅塊被切割成硅片。線鋸必須精確平衡和控制切割線直徑、切割速度和總的切割面積，從而在硅片不破碎的情況下，取得一的硅片厚度，并縮短切割時間。在硅片切割工藝中主要是單位時間內生產的硅片數量。取決于以下幾個因素：1) 切割線直徑：更細的切割線意味著更低的截口損失，也就是說同一個硅塊可以生產更多的硅片。然而，切割線更細更容易斷裂。2) 荷載：每次切割的總面積，等于硅片面積X 每次切割的硅塊數量 X 每個硅塊所切割成的硅片數量。3) 切割速度：切割臺通過切割線切割網的速度，取決于切割線運動速度，馬達功率和切割線拉力。4) 易于維護性：線鋸在切割之間需要更換切割線和研磨漿，維護的速度越快，總的生產力就越高。2、物理指標：物理指標包括晶向，晶向偏差，類型，厚度，邊長，垂直度。用相應的測試儀器確定類型，晶向等；用相應測量儀器抽測5點厚度、公差，邊長和對角線長及公差，垂直度等，最重要的是檢查硅片厚度及厚度變化(TTV)，低于起生產最低厚度，碎片率就會提高。另外碳、氧含量對硅片品質來說非常重要，一定要進行抽測。3、電學指標：主要是硅片少子使用壽命和電阻率，硅片的等級主要通過這兩個指標確定。比如目前A級的單晶硅片少子壽命要求大于10μs，電阻率0-6Ω.cm。3）、開機測試前應對標準片進行校準,測試不同規格電池片時要用不同規格的標準片進行校準；6）、在電池片拆包前先要檢查外包裝有無破損現象，如有則拍照記錄并上報，若無破損可拆包檢查電池片；
7）、每開一包要盡快用完，防止氧化。若無法用完，則要進行密封保存。
原文始發于微信公眾號（光伏產業通）：一文了解光伏電池硅片切割
