太阳能硅片切割技术

太阳能硅片切割技术 本文由zhaojunq78贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 太阳能硅片的线切割机理就是机器导轮在高速运转中带动钢线， 从而由钢线将聚乙二醇和碳 化硅微粉混合的砂浆送到切割区， 在钢线的高速运转中与压在线网上的工件连续发生摩擦完 成切割的过程。 在整个切割过程中，对硅片的质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、砂浆的粘度、砂浆的流量、钢线的速度、钢线的张力以及工件的进给速度 等。 一、切割液(PEG)的粘度 由于在整个切割过程中， 碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行切割的， 所以切割 液主要起悬浮和冷却的作用。 1、切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证。由于不同的机器开发设计的系统思维 不同，因而对砂浆的粘度也不同，即要求切割液的粘度也有不同。例如瑞士线切割机要求切 割液的粘度不低于 55，而 NTC 要求 22-25，安永则低至 18。只有合机器要求的切割 的粘度， 才能在切割的过程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道 随钢线进入切割区。 2、由于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中，会因为摩擦发生高温，所以切割液的粘度 又对冷却起着重要作用。如果粘度不达标，就会导致液的流动性差，不能将温度降下来而造 成灼伤片或者出现断线，因此切割液的粘度又确保了整个过程的温度控制。 二、碳化硅微粉的粒型及粒度 太阳能硅片的切割其实是钢线带着碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及粒度是硅片表片 的光洁程度和切割能力的关键。粒型规则，切出来的硅片表明就会光洁度很好;粒度分布均 匀，就会提高硅片的切割能力。 三、砂浆的粘度 线切割机对硅片切割能力的强弱，与砂浆的粘度有着不可分割的关系。而砂浆的粘度又 取决于硅片切割液的粘度、 硅片切液与碳化硅微粉的适配性、 硅片切割液与碳化硅微粉的 配比比例、砂浆密度等。只有达到机器要求标准的砂浆粘度(如 NTC 机器要求 250 左右) 才能在切割过程中，提高切割效率，提高成品率。 四、砂浆的流量 钢线在高速运动中， 要完成对硅料的切割， 必须由砂浆泵将砂浆从储料箱中打到喷砂咀， 再由喷砂咀喷到钢线上。砂浆的流量是否均匀、流量能否达到切割的要求，都对切割能力和 切割效率起着很关键的作用。如果流量跟不上，就会出现切割能力严重下降，导致线痕片、 断线、甚至是机器报警。 五、钢线的速度 由于线切割机可以根据用户的要求进行单向走线和双向走线，因而两种情况下对线速操作越来越少，仅 限于 MB 和 HCT 机器。 双向走线时，钢线速度开始由零点沿一个方向用 2-3 秒的时间加速到规定速度，运行一 段时间后，再沿原方向慢慢降低到零点，在零点停顿 0.2 秒后再慢慢地反向加速到规定的速 度，再沿反方向慢慢降低到零点的周期切割过程。在双向切割的过程中，线切割机的切割能 力在一定范围内随着钢线的速度提高而提高， 但不能低于或超过砂浆的切割能力。 如果低于 砂浆的切割能力，就会出现线痕片甚至断线;反之，如果超出砂浆的切割能力，就可能导致 砂浆流量跟不上，从而出现厚薄片甚至线痕片等。 目前 MB 的平均线速可以达到 13 米/秒，NTC 达 10.5-11 米/秒。 六、钢线的张力 钢线的张力是硅片切割工艺中相当核心的要素之一。张力控制不好是产生线痕片、崩边、 甚至短线的重要原因。 1、钢线的张力过小，将会导致钢线弯曲度增大，带砂能力下降，切割能力降低。从而出 现线痕片等。 2、钢线张力过大，悬浮在钢线上的碳化硅微粉就会难以进入锯缝，切割效率降低，出现 线痕片等，并且断线的几率很大。 3、如果当切到胶条的时候，有时候会因为张力使用时间过长引起偏离零点的变化，出现 崩边等情况。 MB、NTC 等线切割机一般的张力控制在送线和收线相差不到 1，只有安永的相差 7.5。 七、工件的进给速度 工件的进给速度与钢线速度、砂浆的切割能力以及工件形状在进给的不同位置等有关。 工件进给速度整个切割过程中， 是由以上的相关因素决定的， 也是最没有定量的一个要素。 但控制不好，也可能会出现线痕片等不良效果，影响切割质量和成品率。 总之，太阳能硅片线切割机的操作，是一个经验大于技术流程与标准的精细活。只有在 实际操作中，不断总结与探讨，才能对机器的驾驭游刃有余。 硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。 该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固 体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片(图 1) 。这些硅片就是制造光伏 电池的基板。 硅片是晶体硅光伏电池技术中最昂贵的部分， 所以降低这部分的制造成本对于提高太阳能对 传统能源的竞争力至关重要。 本文将对硅片切片工艺、 制造业的挑战和新一代线锯技术如何 降低切片成本做一个概述。 1. 线锯的发展史 第一台实用的光伏切片机台诞生于 1980 年代， 它源于 Charles Hauser 博士前沿性的研究 和工作。Charles Hauser机 台，不过在处理载荷和切割速度上已经有了显着的提高。 2. 切割工艺 现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线。最多可达 1000 条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网“。马达驱动导线轮 使整个切割线网以每秒 5 到 25 米的速度移动。切割线的速度、直线运动或来回运动都会在 整个切割过程中根据硅锭的形状进行调整。 在切割线运动过程中， 喷嘴会持续向切割线喷射 含有悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。 图 2. 硅块通过切割线组成的切割网 硅块被固定于切割台上，通常一次 4 块。切割台垂直通过运动的切割线组成的切割网， 使硅块被切割成硅片(图 2) 切割原理看似非常简单，但是实际操作过程中有很多挑战。 。 线锯必须精确平衡和控制切割线直径、 切割速度和总的切割面积， 从而在硅片不破碎的情况 下，取得一致的硅片厚度，并缩短切割时间。 3. 减少硅料消耗 对于以硅片为基底的光伏电池来说， 晶体硅(c-Si)原料和切割成本在电池总成本中占据了 最大的分。 光伏电池生产商可以通过在切片过程中节约硅原料来降低成本。 降低截口损失 可以达到这个效果，截口损失主要和切割线直径有关，是切割过程本身所产生的原料损失。 切割线直径已经从原来的 180-160μm 降低到了目前普遍使用的 140-100μm 。降低切割线 直径还可以在同样的硅块长度下切割出更多的硅片，提升机台产量。 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 100 μm. 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) 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。 5. 新一代线锯产品 为了满足市场对于更低成本和更高生产力的要求， 新一代线锯必须提升切割速度， 使用更长 的硅块从而提高切割荷载。更细的切割线和更薄的硅片都提升了生产力，同时，先进的工艺 控制可以管理切割线拉力以此保持切割线的牢固性。 使用不止一组切割线是在保持速度的前提下提高机台产量的一个创新。 应用材料公司最 新的 MaxEdge 系统(图 3)采用了独特的两组独立控制的切割组件(图 4)。 MaxEdge 是业界第一个专门设计使用细切割线的线锯系统 ，最低可达到 80μm。相对 于业界领先的应用材料公司 HCT B5 线锯系统，这些改进减少了硅料损失使产量提高多达 50%。 更高生产力的线锯系统在同样的硅片产量下 可以减少机台数量。因此，制造商可以大幅 降低设备、操作人员和维护的成本。 降低硅片的消耗量也就是直接降低了太阳能电力的每瓦成本。 MaxEdge 系统结合了更细的切割线和更薄的硅片，提升了线锯技术，有望于 2011 年以 前使太阳能电力的每瓦成本降低 0.18 美元。 (图 5，注意:该图表的前提是太阳能电池效 率保持不变;硅原料成本为 55 美元/公斤。). 前面已经谈到，维护方便与否对总体生产力有着很大的影响。MaxEdge 系统的机械布局 在设计上考虑到了维护的方便， 使切割线替换和研磨浆喷头清洗等普通维护工作能够非常容 易和快速地进行力达到电网平价至关重要。 ” 6. 线锯产品市场 硅片供应商和希望自己控制切片工艺的整合晶体硅光伏组件生产商都需要使用线锯设 备。单晶硅和多晶硅光伏技术都需要使用到它。 大多数光伏线锯设备是硅片供应商购买的。 他们一般生长硅锭或者硅块、 将硅原料切割处理 成硅片，最终销售给光伏电池制造商用于制造电池。业界最成功的应用材料公司 HCT B5 线 锯系统的装机量超过 500 台，是光伏切片领域名副其实的标杆产品。 7. 结论 在光伏领域，线锯技术的进步缩小了硅片厚度并降低了切割过程中的材料损耗，从而减 少了太阳能电力的硅材料消耗量。 目前， 原材料几乎占了晶体硅太阳能电池成本的三分之一， 因此，线锯技术对于降低太阳能每瓦成本并最终促使其达到电网平价起到了至关重要的作 用。 最新最先进的线锯技术带来了很多创新， 提高了生产力并过更薄的硅片减少了硅材料 的消耗 由于近几年来中国的太阳能硅片切割行业异常火爆，2008 年日本的另一个太阳能硅片多线 切割机品牌--安永，也开始在国内崭露头脚，并且大打节省成本牌，鼓吹技术有多优越，多 先进。但是，从国内用户的使用效果来看，和 NTC 以及瑞士的 MB 和 HCT 比，安永在中 国确实存在着明显水土不服的情况。 因为在中国多线切割机最早是用在半导体的切割中，故那时只有瑞士的 MB 和 HCT，由 于瑞士线切割机的系统思维特别强调动力与环保， 从而使得这类机器在切割过程中对砂浆粘 度的要求比较高， 最直接的体现就是要用油性的切割液， 体现在切割液的原材料上就是必须 用聚乙二醇，否则，机器的动力就会形成多余的浪费。而 NTC 是在太阳能行业兴起之际， 日平公司抓住了机会， 模仿瑞士的线切割机设计生产的， 只是把瑞士机器的精密性改的乱七 八糟， 无形中适应了追求效率的高速发展的太阳能硅片切割行业， 尤其是适应了中国太阳能 硅片切割行业的兴起，从而迅速占据了中国市场的老大，份额达到了 65%左右。但是，该 公司有一点做的比较好， 虽然将机器的动力系统和装机功率降低了很多， 可对机器在切割液 的使用上沿用了瑞士机的标准。 油性切割液的液和水性切割液都可以使用。 而安永线切割机的切割功率极其的小，不仅不能用油性的切割液，就是目前国内水性的 切割液都没办法很好地使用。由于它的砂浆泵功率只有 0.75KW，使得它的一系列切割技术 数据都必须满足小功率的要求:1、动力系统:安永机器的平均线速只有 8.4 米/秒，远低于 NTC 的 10.5-11 米/秒，更低于 MB 的 13 米/秒。这种要求直接导致了安永机器必须用相当低 粘度的切割液，切割液本身的粘度低至不到 20，砂浆粘度不超过 150，大大限制了机器的砂 浆流量，降低了切割效率。尤其是这种硅片切割液在国内很少有，即便有也不一定好用;2、 装机功率: NTC 达到 50-85KW;MB135KW; HCT 更是达到了 208KW.而安永虽然也是 75KW， 但是将砂浆泵的功率设为 0.75KW,根据这一要求， 更是将其使用辅料的范围直接限定成了只 能用日本的切割液，并且是用日本的“619”方的硅片切割液，对用户来说带来了很大的 麻烦。由于安永机器的装机功率极其的小，如果用国内的太阳能硅片切割液，就会因为液的 粘度太大， 无法协调硅片切割液和碳化硅微粉的配比比例和砂浆粘度的问， 除非切割液厂 家为其专供。 MB、HCT、NTC 等机器，要求硅片切割液和碳化硅微粉的配比比例一般控制在 1: 0.92-0.95，砂浆密度在 1.630-1.635 就可以切的相当理想。即便出现配比比例更大，甚至砂 浆密度达到 1.67 左右都照样不会有什么问题，只要砂浆粘度控制在 200--250 就可以。但是 安永的机器要求砂浆密度不能高于 1.57， 就是说只能控制在 1.55-1.57.砂浆粘度在 150 左右， 这样国内的硅片切割液液就会出现砂浆密度配在 1.57，可能砂浆粘度还不到 120，而如果把 砂浆粘度调到 150，密度就超过了 1.57，甚至超过了 1.60。砂浆粘度过大，直接的说法是会 导致机器报警，其实更深层次的影响还有可能会导致片子洗不干净，出现灼伤片，或者电机 发热，对机器本身的轴承有很大的磨损。 所以，就目前国内的太阳能硅片切割液来说，还真没有很适合安永机器的。利好的是， 国内的用户已经发现了这一机器的缺陷， 开始陆续将该机器的砂浆泵由原来的 0.75KW 换成 了 1.5KW 的，这样可能会解决这个问题。 硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。 该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固 体硅锭。线锯首先 硅片是晶体硅光伏电池技术中最昂贵的部分，所以降低这部分的制造成本对于提高太阳 能对传统能源的竞争力至关重要。 本文将对硅片切片工艺、 制造业的挑战和新一代线锯技术 如何降低切片成本做一个概述。 线锯的发展史 第一台实用的光伏切片机台诞生于 1980 年代， 它源于 Charles Hauser 博士前沿性的研究 和工作。Charles Hauser 博士是瑞士 HCT 切片系统的创办人，也就是现在的应用材料公司 PWS 精确硅片处理系统事业部的前身。这些机台使用切割线配以研磨浆来完成切割动作。 今天， 主流的用于硅锭和硅片切割的机台的基本结构仍然源于 Charles Hauser 博士最初的机 台，不过在处理载荷和切割速度上已经有了显著的提高。 切割工艺 现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线。最多可达 1000 条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网“。马达驱动导线轮 使整个切割线网以每秒 5 到 25 米的速度移动。切割线的速度、直线运动或来回运动都会在 整个切割过程中根据硅锭的形状进行调整。 在切割线运动过程中， 喷嘴会持续向割线喷射 含有悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。 硅块被固定于切割台上，通常一次 4 块。切割台垂通过运动的切割线切割网，使硅块被 切割成硅片(图 2) 切割原理看似非常简单，但是实际操作过程中有很多挑战。线锯必须 。 精确平衡和控制切割线直径、切割速度和总的切割面积，从而在硅片不破碎的情况下，取得 一致的硅片厚度，并缩短切割时间。 减少硅料消耗 对于以硅片为基底的光伏电池来说， 晶体硅(c-Si)原料和切割成本在电池总成本中占据了 最大的部分。 光伏电池生产商可以通过在切片过程中节约硅原料来降低成本。 降低截口损失 可以达到这个效果，截口损失主要和切割线直径有关，是切割过程本身所产生的原料损失。 切割线直径已经从原来的 180-160μm 降低到了目前普遍使用的 140-100μm 。降低切割线 直径还可以在同样的硅块长度下切割出更多的硅片，提升机台产量。 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%。 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 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。 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。 新一代线锯产品 为了满足市场对于更低成本和更高生产力的要求，新一代线锯必须提升切割速度，使用 更长的硅块从而提高切割荷载。更细的切割线和更薄的硅片都提升了生产力，同时，先进的 工艺控制可以管理切割线拉力以此保持切割线的牢固性。 使用不止一组切割切割线是在保持速度的前提下提高机台产量的一个创新方法。应用材 料公司最新的 MaxEdge? 系统(图三 3)采用了独特的两组独立控制的切割组件(图 4)。 MaxEdge 是业界第一个专门设计使用细切割线的线锯系统 ，最低可达到 80μm。相对 于业界领先的应用材料公司 HCT B5 线锯系统，这些改进减少了硅料损失使产量提高多达 50%。 更高生产力的线锯系统在同样的硅片产量下可以减少机台数量。因此，制造商可以大幅 降低设备、操作人员和维护的成本。 降低硅片的消耗量也就是直接降低了太阳能电力的每瓦成本。 MaxEdge 系统结合了更细的切割线 注意:该图表的前提是太阳能电池效率保持不变;硅原料成本为 55 美元/公斤。 前面已经谈到，维护方便与否对总体生产力有着很大的影响。MaxEdge 系统的机械布局 在设计上考虑到了维护的方便， 使切割线替换和研磨浆喷头清洗等普通维护工作能够非常容 易和快速地进行。 线锯产品市场 硅片供应商和希望自己控制切片工艺的整合晶体硅光伏组件生产商都需要使用线锯设 备。单晶硅和多晶硅光伏技术都需要使用到它。 大多数光伏线锯设备是硅片供应商购买的。他们一般生长硅锭或者硅块、将硅原料切合 处理成硅片， 最终销售给光伏电池制造商用于制造电池。 业界最成功的应用材料公司 HCT B5 线锯系统的装机量超过 500 台，是光伏切片领域的标杆产品。 结论 在光伏领域，线锯技术的进步缩小了硅片厚度并降低了切割过程中的材料损耗，从而减 少了太阳能电力硅材料消耗量。 (每瓦使用更少克数的硅材料) 目前，原材料几乎占了晶 体硅太阳能电池成本的三分之一， 因此， 线锯技术对于降低太阳能每瓦成本并最终促使其达 到电网平价起到了至关重要的作用。 最新最先进的线锯技术带来了很多创新， 提高了生产力 并通过更薄的硅片减少了硅材料的消耗。 废砂浆回收切割液的几个关键问题 从硅片切割液废砂浆中回收合格切割液并非象人们想像的那样简单,我们知道硅片是采用多 线切割机切割的,不同类型的切割机对切割液有不同的要求,一但不附和要求切割出的硅片将 出现这样那样的问题,因此在回收切割液时要对每一环节都要严格控制,只有这样才能使回收 的切割液达到高质量。 一、要认真做好废砂浆的分级分类工作 硅片切割厂由于建厂时间、采用的机器、以及引进技术的不同而使用的切割液也不尽相同, 目前世界使用的切割机大概有四种类型即 MB、HCT、NTC、和安永线性切割机。我国所使 用的只有前三种,安永机在我国基本没有使用。MB、HCT 是瑞士生产,NTC 是日本生产。这 三种机器对切割液的要求也有不同,MB 和 HCT 要求切割液的粘度不低于 55,而 NTC 要求 22,25,安永则要求更低,要低于 18。只有符合机器要求的切割标准的粘度，才能在切割的过 程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区。 又由 于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中， 会因为摩擦发生高温， 所以切割液的粘度又对冷却 起着重要作用。如果粘度不达标，就会导致液的流动性差，不能将温度降下来而造成灼伤片 或者了,分类处理后要分类包装。 二、切割液的净化与脱色 辽宁奥克厂供应的切割液是纯净而无色透明的粘稠状液体,其各项指标为: 商品名称:切割液、切削液 产品外观(25?) 无色透明液体 色号(铂-钴)? 50 粘度(mm2/s,40?) 24-28(205); 28-32(303); 22-26(304) PH 值(5%H2O) 5.0-8.0 水含量(%)? 0.5 密度(g/cm3，20?) 1.120-1.130 折光率(20?) 1.462-1.468 电导率 ? 100 重金属含量，ppm ? 5 使用说明:将高效切割液与 SiC 按 1:0.8,1 比例混合均匀后，在体系循环即可。 包装规格:采用 200Kg 或 1100Kg 塑料桶包装。 贮存运输:本品无毒、难燃，可按一般化学品运输规定办理，贮存于干燥、通风处，避 免阳光照射和雨淋。保质期二年。 回收的切割液只有达到这些标准才能保证硅片切割的正常和安全。要想达到这些指标必 须严格控制每一回收工序。 第一要做好切割液的预处理,就是要可能的使切割液与碳化硅分开,保证无肉眼观察到的颗 粒存在。 第二要做好脱水工作,做到脱水完全。脱水之前要检查体系的酸度,酸度超标要先使酸度降下 来然后再脱水。 第三做好脱色，脱色不只是为了外观好看,这一要特别注意,脱色的目的是将产生颜色的高分 子色素除去,并采用吸附剂吸附将这一危害硅片切割的物质从体系中完全除去。 第四要做好切割液中金属离子的脱除工作,硅片切割过程中产生了大量的金属离子再加上酸 度处理时加入的离子,不把它们除去将影响切割液的电导率和重金属含量,也将影响硅片切割 质量。 总之只有这些工作做好了才能保证切割液的质量,才能心中有数,才能有更大的市场。 三、要做好切割液中聚乙二醇含量的测定 四、要做好太阳能硅片切割液的配制工作 以上工作做好了并不是所出问题,要做名牌这 一工作至关重要。 硅片切割液废砂浆回收技术简介 太阳能硅片切割液废砂浆是切割液 (PEG) 和砂浆的混合物， 我公司依靠自主研发回收技术， 对废砂浆进行处理，回收其中的切割液和碳化硅微粉，返回到太阳能线切割机重新使用。 因为太阳能行业的特殊性， 硅片加工对于切割力和硅片表面都有很高的技术要求， 因此对切 割液和碳化硅微粉的要求相应也很高，质量要稳定可靠。目前，国内使用的切割液和碳化硅 微粉在线切割过程中，砂浆中不可避免的会混入硅粉、铁、高聚物等杂质，部分碳化硅微粉 也会因切割作用而出现破损，产生的废砂浆很难继续使用。 我公司自主开发的废砂浆回收技术，结合化工和电子技术特点，利用沉降离心、化学清洗、 絮凝过滤、精馏、萃取、旋风分级等分离原理和方法，将废砂浆中杂质和水分去除，得到优 质合格的切割液和碳化硅微粉。 液回收过程主要利用物理作用将其中的固体微粒去除， 不增加任何可溶性杂质。 这样得到 的液体能够保证原有的化学成分，具有与新切割液相同的表面活性、悬浮力和携带力，可多 次重复使用。 在碳化硅微粉回收时， 除了利用物理作用将其中的细颗粒去除外， 还利用多种化学作用将其 中的硅粉、铁、胶粒去除，这就保证了得到的碳化硅微粉具有原砂浆中碳化硅微粉同样的品 质。且回收过程不增加任何微粉颗粒，而切割过程会使大的颗粒变细，因此回收到的微粉没 有大颗粒，不会在以后使用过程中产生划伤硅片的现象。 我公司的废砂浆回收技术具有较高的回收率: 碳化硅微粉和切割液的回收率分别是废砂浆的 30%和 35%以上。 绿碳化硅介绍: 绿碳化硅产品有着高硬度、强切割力、高熔点以及不与酸、碱起任何化学反应等特性，被广 泛应用在高科技产业以及精密工业，如晶体切削、抛光等行业。它对于高精密度水晶、晶圆 棒、振荡器、铸锭的切挖，以及超硬的金属加工，软金属如黄铜等的处理，都有极高水平的 表现;作为电子元器件的耗材，绿碳化硅也用于各种树脂和脱氧的处理;同时绿碳化硅还是 石头及一些坚硬的磨削工作的理想材料。同时因为它具有半导体的特性，极好的传热、耐高 温能力，使它成为有用的陶瓷材料。 公司优势: 1、 原材料管理:精挑细选的原材料，严格细致的进料管理，供应商定期 2、 先进的生产经验:本公司融合日本、台湾以及大陆几十年来的生产经验和研究成果， 采用国内领先的生产设备，为客户提供质量稳定、精度更高的各类产品。 3、 高质量、合理价位:媲美国外产品的质量，相当合理的价格，便捷的供货渠道，优 质的服务措施 当太阳能硅片切割行业的利润逐渐趣于稳定,行业内的竞争逐步升温的 2009 年到来时,对太 阳能硅片切割企业,尤其是中小型切割企业来说,在提高硅片质量的同时进行成本优化已成为 一种必然。 由于行业的竞争,使得产品在销售过程中已不可能像经济危机之前那样坐等采购上门来 买,并且对硅片的质量提出来极高的要求,因此,尽管太阳能硅片是按张数来卖,但只为增加张 数的生产时光已一去不复返了。按常理来讲,要提高并 且保持太阳能硅片的质量,就必须在生 产环节层层把关,这样,带来的最直接的影响就是生成本的上升.。 对于硅片切割这样的加工 型经营模式来讲,在保证质量的前提下,最直接的降低成本的方式莫过于实现规模化生产,但 这种成本优化的方式只属于资金以及经营理念超前的赛维 LDK、 昱辉等大型硅片切割企业。 因而，中小型硅片切割企业的成本优化方式，必须是结合生产工艺改进条件下的对切割液、 碳化硅微粉、以及钢线等的优化使用。 沙浆的优化使用: 在整个硅片切割过程中，最容易做到的首先是对沙浆的优化使用。 由于废沙浆的回收使用已经比较成熟， 所以对大多数中小型硅片切割企业来说讲， 在保证质 量的前提下， 降低沙浆的使用成本已经成为一种可能。 我们以四台 NTC442D 线切割机为例， 以液砂配比比例 1:计算，一台机一个月的用量液 6 吨，砂 5.7 吨，按市场价液 16000 元/ 吨，砂 30000 元/吨计算，那么四台机一个月的使用成本是 1068000 元。如果用回收液和回 收砂，为保证回收液和砂的质量，用塞矽做回收，回收比例可以达到液 70%，砂 50%。液 按 8000 元/吨，砂 15000 元/吨计算，为保险起见，我们在使用过程中回收液，砂都参 50%， 那么四台机一个月的使用成本为 802000，这样一个月可节省成本 266000 元，即一年节省成 本 3192000 元。 昊研研发部研发出的 CF 系列硅片切削液，即具有优秀的刃料悬浮特性，能够有效悬浮 SiC 颗粒， 提高切割效率; 具有出色的润滑性能， 可在硅片表面形成保护膜， 有效降低表面缺陷; 具有杰出的冷却效果，防治由于温度变化导致的厚度偏差;具有稳定的性能，可提供一致的 产品质量，安全环保，易于清洗与回收，可广泛应用于太阳能和电子级硅片生产，从而显著 降低切割消耗。 当今的世界能源结构已经跨入了 持久能源系统的时代。而原油价格 2008 年以来的“过山车”似的起伏走势，给能源行业上 了生动一课。尽快发展可替代石油、煤炭等传统能源的新型清洁能源，成为保障国家能源安 全、支撑国民经济发展的当务之急。在国家公布的 4 万亿投资中，毫无悬念地出现了发 展新型清洁能源的投资计划。 作为未来最清洁和最可靠的能源之一， 太阳能光伏产业成为国 际上继 IT、微电子产业之后又一“爆炸”式发展的行业。 中国是世界上第三大太阳能电池生产国， 随着光伏产业的迅猛发展， 处于光伏产业上游的硅 片生产环节显得越来越重要。为了降低成本，增大单位原料的产出，高密度、高性能、轻薄 高效的硅片成为了硅片市场的 “新宠” 。在整个硅片生产流程中，拉晶、截段、切方三个环节对硅料消耗都很低，唯独在 切割中造成的硅料损耗成为导致低效能、高成本的直接隐患。在硅片的多线切割过程中，切 削液作用不可小觑，它不仅可以提高润滑效果，带走切割产生的热量，同时还可以 在环保 的前提下防止腐蚀， 增强稳定并确保安全。 切削液凭借其优秀的刃料悬浮特性以及上述种种 作用可极大降低切割消耗。因而市场对于高性能切削液的呼声越来越高。 高性能切削液不仅需具备优异的物理性质， 如适当的粘度和极低的水含量等， 同时还需拥有 卓越的性能，如优秀的刃料悬浮特性、简便易用性，以及多功能性，以用于各种线锯机械。 昊研研发部研发出的 CF 系列硅片切削液，即具有优秀的刃料悬浮特性，能够有效悬浮 SiC 颗粒， 提高切割效率; 具有出色的润滑性能， 可在硅片表面形成保护膜， 有效降低表面缺陷; 具有杰出的冷却效果，防治由于温度变化导致的厚度偏差;具有稳定的性能，可提供一致的 产品质量，安全环保，易于清洗与回收，可广泛应用于太阳能和电子级硅片生产，从而显著 降切割消耗。 硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。 该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固 体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片。 (图 1)这些硅片就是制造光伏 电池的基板。 硅片是晶体硅光伏电池技术中最昂贵的部分，所以降低这部分的制造成本对于提高太阳 能对传统能源的竞争力至关重要。 本文将对硅片切片工艺、 制造业的挑战和新一代线锯技术 如何降低切片成本做一个概述。 国外线切割设备生产厂家主要有日本 TAKATORI 公司，不二越机械工业株式会社，NTC 公 司以及瑞士的 M&B 公司，HCT 公司、从产品技术角度划 分，。这二种线切割机线丝存线长度不超过 150Km。不二 越机械工业株式会社线切割机主要有 FSW,150 型。三轴(导轮)驱动形式，可切割 150 ?150 方型材料 (主要针对太阳能光电硅材料切割) 存线长度不超过 150KM。 ， NTC 公司 (日 平外山公司)主要提供 300mm 晶圆片线切割机 MNM444B 和 MWM454B 两种。三轴(导 轮)驱动形式，存线长度达 400Km。瑞士 M&B 公司在原 DS260 线切割机基础上研制出 DS261、DS262、BS800 三种机型。其中 DS262 机型是专为太阳能级硅片切割设计的，该机 型一次可切四根单晶棒料。其最大生产效率为一次自动切割过程中能切制出圆片 4400 片。 BS800 机型是带锯切割方型材料的设备。 M&B 公司线切割机主要用于 200mm 硅圆片和太阳能级硅片的切割加工，四轴(导轮) 驱动形式，大大增强了工作台的承料面积。 瑞士的 HCT 公司成立于 1984 年，这个时期正是线切割机的酝酿时期。HCT 公司生产的 线切割机主要有 E400SD、E500SD、E500ED,8、E400E,12 四种，其中 E400SD、E500S 两种机型主要适用于太阳能级硅图片加工，最大加工到 150mm。E500ED,8，E400E,12 适用于半导体圆片加工生产， E500ED,8 为 200mm 设备， E400E,12 为 300mm 设备。 HCT 公司与 M&B 公司线切割机设备主要以四轴(导轮)驱动形式设计，这样可以增大工作台的 面积，增大切割能力。 线切割机所采用的技术可以概括为以下几方向: (1)高精度三轴或四轴排线导轮驱动装置技术。 (2)线丝张紧力自动控制系统技术。线丝张紧力保持一定张力，是保证切割表面质量的 主要因素。 (3)切割进给伺服系统。配合线丝张力自动控制系统的作用，保证在不断丝条件下实现 切割的高效性。 (4)排线导轮的制造、翻新及耐用度技术。 (5)磨料的混合供给及分离技术。旨在提高磨料的适用寿命，降低生产成本。 (6)自动排线功能。以节约人工手动布线的时间，减小布线错误，降低劳动强度，提高 切割效率。 以上技术的采用，力求使线切割机以合理的结构设计，较高的运动及位置精度，有效的 控制及监控功，较大的适应性，来实现较高的切割效率和效益。 在硅片多线切割过程 易于清洗与回收处理。 OXSi 切割液产品性能参数 产品 OXSi-205 OXSi-208 OXSi-303 OXSi-304 OXSi-310 外观(25?) 透明液体 透明液体 透明液体 透明液体 透明液体 色度(APHA) ?40 ?40 ?40 ?40 ?40 折光率(20?) 1.4550,1.4660 1.4540,1.4640 1.4550,1.4640 1.4575,1.4615 1.4505, 1.4545 PH 值(5%水溶液) 5.0,7.0 5.0,7.0 5.0,7.0 5.0,7.0 5.0,7.0 水份% ?0.5 ?0.5 ?0.5 ?0.5 ?0.5 粘度(25?)mPa?s 45 - 70 45 - 70 55 - 80 45 - 60 35 - 45 密度(20?)g/cm3 1.120,1.130 1.120,1.130 1.120,1.130 1.120,1.130 1.113,1.123 电导率(25?)μs/cm ?100 ?100 ?100 ?100 ?100 质量指标:该系列产品采用奥克集团最新乙氧、丙氧基化生产工艺及装置，产品重复性好， 质量稳定，产品经过后期精制处理。 使用说明:将切割液与 SiC 按一定比例混合均匀后，在体系循环即可。 产品牌号:OXSi,205、OXSi,208、OXSi,303、OXSi,304、OXSi,310 包装规格:采用 200Kg 或 1100Kg 塑料桶包装。 贮存运输:本品无毒、难燃，可按一般化学品运输规定办理，贮存于干燥、通风处，避免阳 光照射和雨淋。 保 质 期:二年。 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时 需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化 硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为 3.20,3.25，显微硬度为 2840,3320kg/mm2。 黑碳化硅是什么,他是怎么制作出来的 黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于 刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。 绿碳化硅是什么,他是怎么制作出来的 绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而 成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。 碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性, 在一些应用上成为最佳的半导体材料: 短波长 光电器件, 高温, 抗幅射以及高频大功率器件. 其主要性及与硅(Si)和砷 化镓(GaAs)的对 比. 宽能级(eV) 4H-SiC: 3.26 6H-Sic: 3.03 GaAs: 1.43 Si: 1.12 由于0x107 由于这一特性, 碳化硅可制成各种高频器件(射频及微波). 碳化硅的 5 大主要用途 1?有色金属冶炼工业的应用 利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏 炉?精馏炉塔盘,铝电解槽,铜熔化炉内衬,锌粉炉用弧型板,热电偶保护管等? 2?钢铁行业方面的应用 利用碳化硅的耐腐蚀?抗热冲击耐磨损?导热好的特点,用于大型高炉内衬提高了使用寿 命? 3?冶金选矿行业的应用 碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道?叶轮?泵室?旋流器,矿斗内 衬的理想材料,其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的 5—20 倍,也是航空飞行跑道的理想材料之 一? 4?建材陶瓷,砂轮工业方面的应用 利用其导热系数?热辐射,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高 了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想间接材料? 5?节能方面的应用 利用良好的导热和热稳定性,作热交换器,燃耗减少 20%,节约燃料 35%,使生产率提高 20-30%?特别是矿山选厂用排放输送管道的内放,其耐磨程度是普通耐磨材料的 6—7 倍? 碳化硅产地、输往国别及品质规格 (1)产地:青海、宁夏、河南、四川、贵州等地。 (2)输往国别:美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。 (3)品质规格: ?磨料级碳化硅技术条件按 GB/T2480—96。 各牌号的化学成分由表 6-6-47 和表 6-6-48 给出。 ?磨料粒度及其组成按 GB/T2477—83。磨料粒度组成测定方法按 GB/T2481—83。 一. 产品概述: 碳化硅又称之为: 金钢沙、耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(无烟煤)、木屑(生产绿 色碳化硅需要添加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅可 分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种产品，均为六方晶体。 二. 物理特性检验项目: 检验标准: (1) GB/T3045-2003《碳化硅的化学分析方法》,适合于磨料级碳化硅及碳化硅含量:95% 以上的结晶块的化学成分测定。 (2)SN/T0256-1993《碳化硅的化学分析方法》,适合于磨料级碳化硅及碳化硅含量:90% 以下的结晶块的化学成分测定。 (3)SN/T0355-1995 适合于出口碳化硅磨料检验。 (4)GB/T4676-2003 适合于普通磨料的取样方法。 (5)重量鉴定依据 SN/T0188-1993《进出口商品重量鉴定规程 衡器鉴重》标准进行. 碳化 硅的主要项目:碳化硅含量、三氧化二铁、游离碳等。 六. 检验监管方式: 目前出口碳化硅的检验分为两种方式。 1. 逐批现场检验方式(批批检验方式) ; 2. 企业分类管理检验监管方式。 与粒度测试相关的部分基本知识 概念释义: 1、粉体:由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。 纳米材料 粒度直径 100nm 以下 亚微米材料 粒度直径 100nm,1.0μm 微米材料 粒度直径 1.0μm,5.0μm 2、颗粒:在一尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一尺寸一般在毫米到纳米之 间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。 3、粒度(particle size) :颗粒的大小叫做颗粒的粒度。 单粒度体系(monodisperse):当颗粒系统的粒径相等时，可用单一粒径表示; (理想) 多粒度体系(polydisperse) :实际颗粒大都由粒度不等的颗粒组成。 (实际) 4、粒度分布:用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。 分类: (1)区间分布: (微分分布或频率分布) :它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。 (2)累计分布: (积分分布) :它表小于或大于某粒径颗粒的百分含量。 注意:百分含量的基准可为:颗粒个数，体积，质量或长度、面积等。 5、粒度分布的表示方法: ?表格法:用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。 例子: 《粉体技术手册》p631，表 23,3 解读。 ?图形法:在直角标系中用直方图和曲线等形式表示粒度分布的方法。 例子: 《粉体技术手册》p631，图 23,3 解读。 形状的几何体是没有直径的，而组成粉体 的颗粒又绝大多数不是圆球形的，而是各种各样不规则形状的，有片状的、针状的、多棱状 的等等。 这些复杂形状的颗粒从理论上讲是不能直接用直径这个概念来表示它的大小的。 而 在实际工作中直径是描述一个颗粒大小的最直 观、 最简单的一个量， 我们又希望能用这样的 一个量来描述颗粒大小，所以在粒度测试的实践中的我们引入了等效粒径这个概念。 等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒相同或相近时， 我们就用该球形 颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径。 那么这个球形颗粒的粒径就是该实际颗粒的等效粒径。等效粒径具体有如下几种: ?等效体积径: 与实际颗粒体积相同的球的直径。 一般认为激光法所测的直径为等效体积径。 ?等效沉速径: 在相同条件下与实际颗粒沉降速度相同的的直径。 沉降法所测的粒径为等 效沉速径，又叫 Stokes 径。 ?等效电阻径: 在相同条件下与实际颗粒产生相同电阻效果的球形颗粒的直径。 库尔特法所 测的粒径为等效电阻径。 ?等效投进面积径: 与实际颗粒投进面积相同的球形颗粒的直径。 显向镜法和图像法所测的 粒径大多是等效投影面积直径。 7、表示粒度特性的几个关键指标: ? D50:一个样品的累计粒度分布百分数达到 50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径 大于它的颗粒占 50%，小于它的颗粒也占 50%，D50 也叫中位径或中值粒径。D50 常用来 表示粉体的平均粒度。 ? D97:一个样品的累计粒度分布数达到 97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于 它的的颗粒占 97%。D97 常用来表示粉体粗端的粒度指标。 其它如 D16、D90 等参数的定义与物理意义与 D97 相似。 ?比表面积:单位重量的颗粒的表面积之和。比表面积的单位为 m2/kg 或 cm2/g。比表面积 与粒度有一定的关系，粒度越细，比表面积越大，但这种关系并不一定是正比关系。 硅片切割液:硅片切割液质量的的主要成份之聚乙二醇(PEG) 。硅片切割液的作用，由于 在整个切割过程中， 硅片切割液碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行切割的， 所以液(PEG)的粘度，切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证。只有符合 机器要求的切割标准的粘度， 才能在切割的过程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆 稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区。 由于不同的机器开发设计的系统思维不同， 因而对 砂浆的粘度也不同， 即要求切割液的粘度也有不同。 例如瑞士线切割机要求切割液的粘度不 低于 55，而 NTC 要求 22-25，安永则低至 18。 绿碳化硅呈绿色，晶体结构，硬度高，切削能力较强，化学性质稳定，导热性能好。微观形 状呈六方晶体,碳化硅的莫氏硬度为 9.2， 威氏显微硬度为 3000--3300 公斤/毫米 2，努普硬度 为 2670—2815 公斤/毫米，显微硬度 3300 千克每立方毫米。在磨料中高于刚玉而仅次于金 刚石、立方氮化硼和碳化硼。密度一般认为是 3.20 克/毫米 3，其碳化硅磨料的自然堆积密 度在 1.2--1.6 克/毫米 3 之间，比重为 3.20,3.25。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原 料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强 度高于刚玉。 . " " 粒度分布(微米) 化学指标 物理指标 粒度号 D3 最大值 粒度中值 D50 最小粒径 D94 SiC ? (%) Fe2O3 ?(%) ?C ?(%) PH 值 堆积密度 磁性物含量?(% GC#800 ?20.0 14.0?1.0 ?9.0 99 0.2 0.2 6--8 1.18 0.008 GC#1000 ?18.3 11.5?1.0 ?7.0 98.5 0.2 0.2 6--8 1.15 0.008 GC#1200 ?17.5 9.5?0.8 ?5.5 98.5 0.2 0.2 6--8 1.13 0.005 GC#1500 ?14.5 8.0?0.6 ?4.5 98 0.2 0.2 6--8 1.12 0.005 GC#1800 ?13.5 7.0?0.6 ?4.2 98 0.2 0.2 6--8 1.05 0.005 GC#2000 ?13.0 6.7?0.6 ?4.0 98 0.2 0.2 6--8 1 0.005 F 对光伏行业来说， 切割废砂浆中的碳化硅回收同样具有很高的经济价值。 由于在应用上对太 阳能硅片表面的平整度、洁净度、导电性等性能指标有着严格的要求，太阳能硅片的切割过 程中，需要使用硬度高、粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质。通常是先将碳化微 粉按照一定比例加入到产品质量 标准。 在硅片多线切割过程中，切割液作用主要是 分散、悬浮、润滑、冷却、提高切割效率、降低 切割消耗等。 良好的分散性，可以使碳化硅在切割液混合时分布得更均匀;优秀的碳化硅悬浮能力，可以 有效悬浮并携带碳化硅颗粒，提高切割效率，降低切割消耗;出色的润滑作用，可在硅片表 面形成保护膜， 降低切割过程阻力及硅片表面缺陷; 杰出的冷却效果， 可以有效的散发热量， 从而降低切割应力，防止由于温度变化导致的厚度偏差;产品批次质量及性能稳定，易于清 洗与回收处理。 黑碳化硅呈黑色，性脆而锋利，并具有较好的导热性和导电性。太阳能硅片、半导体硅片、 石英芯片的切割研磨;固结磨具和涂附磨具的制作;石材的研磨抛光;加工抗张强度低的金 属及非金„ 绿碳化硅绿碳化硅呈绿色，晶体结构， 硬度高，切削能力较强， 化学性质稳定， 导热性能好。 适合于用作太阳能硅片切割专用刃料。本公司绿碳化硅产品纯度高，粒度集中度好，可以有 效提高切割效率并降低损耗。 一、多晶硅生产技术的背景 多晶硅主要采用化学提纯、物理提纯两种方法进行生产，其中化学提纯方法主要有西门 子法(气相沉淀反应法) 、硅烷热分解法、流态化床法，物理提纯方法主要有区域熔化提纯 法(FZ) 、直拉单晶法(CZ) 、定向凝固多晶硅锭法(铸造法) ，等等。目前最为成熟的多晶 硅提纯工艺是西门子法。 以往，国际主流厂商大多采用西门子法进行多晶硅的生产。方法是在流化床反应器中混 合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有 31?C 的三氯化硅。随后将三氯化硅和氢气 的混合物蒸馏后再和加热到 1100?C 的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气， 同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为 99.9999999%(9 个 9，或者叫 9N)以上的硅。这是直到 2004 年以前，全世界唯一采用的生产多晶硅的方法。 西门子法提纯多晶硅需要维持 1100oC 的高温，因此耗费大量电能，造成成本居高不下。 一般来说，发达 物理法是采用对冶金级的硅进行造渣、精炼、酸洗(湿法冶金) 、定向凝固等方式，将杂 质去除，由于硅是不参加化学反应的，所以俗称物理法。但其实，无论是造渣、精炼还是酸 洗，都不可避免地涉及到化学反应，因此，比较准确的叫法应该是冶金法。 冶金法的投资比化学法要小，大约每千吨产能投资只需要 4 亿元左右，而每吨的成本为 15~25 万元人民币左右。因此，如果成功的话，将对化学法形成很大的威胁。但是，冶金法 对硅的提纯极限为 6 到 7 个九，也就是 6~7N，因此，无法用于半导体行业，而只能用于太 阳能产业。 但是，现在的多晶硅市场还没有形成到价格竞争的地步。由于太阳能产业造成的需求太 大，目前，多晶硅的价格已经达到了 400 万元/吨的程度，所以，无论是化学法还是物理法， 都会赚得盆满钵满，只要能做出来就行了。上述的成本差异也只是今后供求大致平衡后， 才会显现出来。但无论怎样，人都是想走捷径的，所以，现在有那么多人在研究物理法多晶 硅，是想一步到位，想在今后的竞争中能够在成本上立于不败之地。另外，太阳能电池目前 应用推广的最大障碍，就是成本太高，如果能够将太阳能电池的主原料硅的成本大幅下 降，那这个市场的发展速度，要快得多。 二、国际英雄榜 1、美国 DOW CORNING 道-康宁 道康宁是众所周知的玻璃大王。玻璃最主要的成分也是硅，所以，康宁公司在多晶硅中 要占一个份额，是不奇怪的。2001 年，康宁公司成立了康宁太阳能公司，该公司控股的 HEMLOCK 公司，是世界上规模最大的多晶硅生产商，而且，该公司的产业链包括从硅石、 硅沙、金属硅、多晶硅、单晶硅、电池片、电池组建、封装材料(许多是玻璃)的几乎整个 太阳能产业链。 2006 年，HEMLOCK 公司的多晶硅产量就达到了 1 万吨，而到 2009 年，该公司宣布要 达到 19000 吨的规模。而更令人意外的是，康宁公司在 2006 年九月宣布，该公司的下属公 司 HEMLOCK 采用了全新的铸锭法生产多晶硅，使得该公司声名大振。 该公司宣布供大量的低成本的多晶硅。但是，该公司同时说，目 前，这种“新方法”所生产的硅，只能和传统方法生产的硅进行混合使用，混合的比例大约 是 10 份传统的多晶硅掺入 1 份新法多晶硅;也就是说，HEMLOCK 的冶金法多晶硅不仅不 能单独使用，而且只能使 10%左右的比例掺到西门子法的硅中去。这不免让鼓吹物 理法的 人觉得有些遗憾，但是，这毕竟是开了个好头。 该公司宣布将逐步将这种新方法生产的低成本的硅的比例在最终的太阳能级的产品中尽 快提高到 20%。 “我们的这个突破，表明我们在不断地为我们的客户提供不同的工艺选择， 以满足他们的实际的需求。 这说明了康宁公司不仅致力于解决技术问题， 也尽心地为客户解 决供应短缺的问题，至少我们为客户在中长期方面提供了一个新的选择可能。 ”康宁公司的 发言人如是说。 Dow Corning 是和 GE Energy 合作研发该技术的。他们采用冶金精炼法制备命名为 PV1101 太阳能级多晶硅。虽并未见到有关 DOW corning 制备太阳能级多晶硅的详细工艺报 道，但与它合作的 Crystal System Inc.宣布他们是通过熔融金属硅渣化与水气反应去除硼和 磷，然后用 HEM 炉定向凝固的。 2、德国 WACKER 公司 在多晶硅行业，WACKER 公司的名气是如日中天的。因为，它是全球最大的多晶硅的生 产商之一， 而且已经具有五十年的多晶硅的生产经验， 向太阳能电池制造商供货的历史几乎 也一样长。 瓦克(WACKER)公司是一家总部位于德国慕尼黑市的全球性化学品公司。以前的中文译 名威凯公司，现改称为瓦克公司，无论从译音上或译意上，更加准确地表达了(WACKER) 公司业务领域及企业形象。目前，瓦克公司是世界上第二大多晶硅制造商，产能为 5500 吨， 而该公司的总裁兼 CEO Peter Alexander 去年在一份声明中表示,该公司计划在 2008 年初达到 10000 吨每年,到 2009 年底将多晶硅的年产能再提高 4500 吨达到 14500 吨,公司已经筹集到 3 亿欧元(3.767 亿美元)投于该计划。 但鲜为人知的是，尽管 WACKER 目前是执西门子法生产多晶硅的牛耳，但它们也是国 际上率先开发出物理法的公司。早在 1975 年，WACKER 公司就率先采用了冶金法(又称物 理法或铸造法)来制造太阳能级电池硅，之后，技术不断改进，质量不断提高，其太阳能电 池的效率达到了 21%，接近单晶硅太阳能电池。由于铸造多晶硅具有与单晶硅相同的电学 特性，而且它的投资成本和生产单位能耗大低于化学法，因此，一度被看好可以很快成为 太阳能电池的一。 目前按产量排名的话， ， 可以排在第五， 每年为 3800 吨，但该公司宣布到 2009 年，也就是明年，产量将达到 8000 吨，按照其它公司公布的扩产 计划，到时可能会超过日本德山而排在第四位。 2006 年， MEMC 宣布将在 06 年新工厂中开始使用区域熔化提纯法(FZ) 。区熔法属于 无坩埚法的一种， 该法显著的特点是不用坩埚盛装熔融硅， 而是依靠在高频电磁场作用下硅 的表面张力和电磁力支撑局部熔化的硅液， 因此又称为悬浮区熔法， 区熔提纯的原理是根据 熔化的晶体再结晶过程杂质在固相和液相中的浓度不同而达到提纯的目的， 是属于比较纯正 的物理法，该法比化学法的最大优势是节省电力和不污染硅料。但目前，没有见到 MEMC 所说的那个工厂的产品问世。 4、 日本 JFE 公司(川崎制铁) JFE 这个钢铁厂，是中国目前物理法成风的“罪魁祸首” 。因为目中国物理法中的“老 大” ，所宣布的工艺就是照搬 JFE 的工艺的。 JFE 钢铁开发成功了能够以 100 吨为单位生产面向多结晶硅太阳能电池的硅原料的冶金 法制造技术。2005 年已开始在该公司西日本制铁所(仓敷地区)建造相关设备，计划达到 500 吨的产能。原计划 2006 年 10 月投产，但后来因故停止，至今没有进行生产。该公司的人员 解释说是因为成本太高，接近于化学法，但以现在的市场价格，即便比化学法还高，也还是 有利可图的，分析应该还是技术不成熟的原因。 JFE 的工艺路线为:以该公司购进的金属硅为原料，首先将金属硅在真空环境下加热熔 化，利用电子束轰击去除掉 P(磷)。然后在 Ar(氩)气体中熔化后用等离子焊枪(Plasma Torch) 喷吹去除 B(硼)，然后通过定向凝固后提炼出 6 个九的多晶硅。应用普通金属提炼工序可将 金属杂质的浓度降至 0.1ppmw 以下。该公司宣称艺生产的 SOG 硅具有与西门 子法制造的多晶硅相同的品量， 可用于生产高转换效率的多结晶硅太阳能电池。 但目前看来， 应该是停顿了。 JFE 的项目里，进行投资的有三菱这个多晶硅巨头，和日本新能源协会(NEDO) 。虽然 JFE 自己没有进行生产，但 JFE 在网上公布的冶金法多晶硅厂房照片，使得大家都以为物理 法的规模生产已经指日可待，也使得一批从日本回国的“海归博士”们， 俨然成为了国内物 理法多晶硅的佼佼者，被众多的富豪作为了多晶硅豪赌的筹码。有关这些博士们的情况，将 在本文的后面逐一介绍。 5、新日铁 新日铁第一次为国人所知是上海宝钢的建设。当时宝钢一期的几乎全部技术就是从新日 铁引进的。 而这个日本最大的钢铁集团在 2007 年 4 月宣布， 将涉足太阳能电池多晶硅业务， 着手制 造和销售太阳能电池使用的多晶硅。作为太阳能的多硅业务公司，已在 2006 年 6 月 30 日设立了“NS Solar Material” 。NS Solar Material 计划在位于福冈县北九州市的新日本制铁 八幡制铁所内建设车间， 2007 年度下半年开始以每月大约 40 吨的规模生产。 从 所生产的多 结晶硅“设想”供应给日本的太阳能电池厂商。 该公司宣布，在制造多结晶硅时采用应用“制铁技术的独有手法，与现有生产方法不同。 与现有方法相比，具有设备成本可减少一半的优点” 。新日本制铁此前就一直在开发多结晶 硅制造技术，而且最近太阳能电池领域的需求在不断增加，因此决定设立生产公司。 新日本制铁打算在进行技术验证的同时首先建设年产 500 吨左右的小型车间，并在今后 视市场需求建设更大的车间。 NS Solar Material 的员工数量为 50 人左右，新日本制铁新材 料事业部部长柳泽充夫将就任社长。注册资金 3 亿日元。公司位于福冈市北九州市户畑区。 上面所说的“制铁技术的独有手法” ，应该就是冶金法。 6、挪威 ELKEM SOLAR 公司 ELKEM 本来是不做多晶硅的。但它是生产多晶硅的原料金属硅的。而且，ELKEM 是世界最大的硅金属供应商，市场份额占全球的 15%以上。世界上一半的电脑所使用的硅 金属都来自该公司。 ELKEM 公司自上世纪 80 年开始投身太阳能的研发工作。与其它的欧洲厂家不同， ELKEM 太阳能公司在冶炼太阳能级硅方面，一开始就走的是不同于西门子法的冶金法的路 线。他们利用自己对金属硅工艺的熟悉和技术，开发了一套新型的冶炼方法，2006 年 9 月 份， ELKEM SOLAR 公司投资 27 亿挪威克朗在挪建造了一家高纯硅厂， 预计每年生产 5000 吨太阳能硅，但将分为两个阶段，第一期预计为 500 吨左右。目前，ELKEM 公司已经和一 家领在 2400 吨以上， 预计从 2008 年中旬开始供货。 ELKEM 的工艺路线是:选用纯冶金级硅?渣化 ? 定向凝固? 破碎?磨光 ? 化学浸出。 2005 年 ELKEM Solar 公司取得了每天数百公斤的中试线上的产品，由德国 Konstanz 大学 验证产品质量，25%-100%的精炼硅，太阳能电池转换效率 15%-16.5%。所以目前他们敢于 投资进行批量生产了。但据传闻，该公司的产品衰减过大，很可能与该公司工艺路线中的最 后的工序化学浸出有关。目前，ELKEN 也正在积极解决这个问题。 MB265 和 NTC442 切完后，下棒的时候会发现两端 5MM 内有斜裂掉片。脱胶后，两端同 样位置崩边很多，每刀裂纹片 20-60 片不等。这个问题很困扰人，很多技术专家都觉得不好 解决。我分析有以下原因: 1、粘较问题。或者是玻璃板的抓力太大，也就是毛玻璃太粗糙，或者是胶水太硬，例如用 Q 型日本胶水的问题。也可能是粘较位置没有找准。也可能粘较后放置时间过长。 2、机器问题。可能是机器轴心不稳。也可能是机器冷却系统达不到要求。 3、工问题。可能是线的张力小，导致收尾的时候抖动，震碎了硅片。也可能是收尾时线 速太快，应该降低线速或者工作台速度 4、砂浆问题。可能是液的粘度较大，切到最后导致硅片间的作用力较大。特别是 NTC442 的风冷没有采用，单纯靠冰水降温。也可能是夹砂问题，导致两端涨片。 5、材料问题。可能是硅棒没有腐蚀，表面应力未消除，或者是肉眼不可见的损伤层没有消 除。或者是截断过程中硅棒受伤。 1