让硅片变得更薄同样可以减少硅原料消耗。在过去的十多年中,光伏硅片的厚度从原来的330μm 降低到现在普遍的180-220μm 范围内。这个趋势还将继续,硅片厚度将变成 100μm. 减少硅片厚度带来的效益是惊人的,从330μm 到 130μm,光伏电池制造商最多可以降低总体硅原料消耗量多达60%。
4. 制造业的挑战
在硅片切割工艺中我们需要面对多项挑战,主要聚焦于线锯的生产力,也就是单位时间内生产的硅片数量。生产力取决于以下几个因素:
1) 切割线直径——更细的切割线意味着更低的截口损失,也就是说同一个硅块可以生产更多的硅片,然而,切割线更细更容易断裂。
2) 荷载——每次切割的总面积,等于硅片面积X每次切割的硅块数量X每个硅块所切割成的硅片数量 。
3) 切割速度——切割台通过切割线组成的切割网的速度,这在很大程度上取决于切割线运动速度,马达功率和切割线拉力。
4) 易于维护性——线锯在切割之间需要更换切割线和研磨浆,维护的速度越快,总体的生产力就越高。
图 2. 硅块通过切割机切割成薄薄的硅片
生产商必须平衡这些相关的因素使生产力达到最大化。更高的切割速度和更大的荷载将会加大切割切割线的拉力,增加切割线断裂的风险。由于同一硅块上所有硅片是同时被切割的,只要有一条切割线断裂,所有部分切割的硅片都不得不丢弃。然而,使用更粗更牢固的切割线也并不可取,这会减少每次切割所生产的硅片数量,并增加硅原料的消耗量。
硅片厚度也是影响生产力的一个因素,因为它关系到每个硅块所生产出的硅片数量。超薄的硅片给线锯技术提出了额外的挑战,因为其生产过程要困难得多。除了硅片的机械脆性以外,如果线锯工艺没有精密控制,细微的裂纹和弯曲都会对产品良率产生负面影响。超薄硅片线锯系统必须可以对工艺线性、切割线速度和压力、以及切割冷却液进行精密控制。
无论硅片的厚薄,晶体硅光伏电池制造商都对硅片的质量提出了极高的要求。硅片不能有表面损伤(细微裂纹、线锯印记),形貌缺陷(弯曲、凹凸、厚薄不均)要最小化,对额外后端处理如抛光等的要求也要降到最低。