多线切割硅片损伤层研究

专题： 论文编号：多线切割硅片损伤层研究陈志军 1 ，刘振淮 2，张华 3，毛富胜 4（ 1,常州天合光能有限公司， 江苏省， 常州市， 213031， 15951208521， zhijun.chen@trinasolar.com ; 2,常州天合光能有限公司，江苏省，常州市， 213031；3，常州天合光能有限公司，江苏省，常州市， 213031；4，常州天合光能有限公司，江苏省，常州市， 213031）摘要： 太阳能硅片的表面损伤层，关系到切割后破片比例，绒面的形状，转换效率等。通过对硅片表面 SEM分析，发现硅片表面呈蜂窝状，有大孔，小孔和微孔。硅片侧面边缘呈山峰山沟状，并伴随有裂纹，从外向里分为表面镶嵌层和缺陷应力层。通过对硅片表面损伤的形成机理研究，发现通过以下调整可以减小表面损伤：一是减小切割时的晶体所受到的垂直压力；二是调整碳化硅的直径分布系数，圆度系数，堆积密度。减小硅片的损伤层，减小切割后的破片率和提高电池的转换效率。关键词： 损伤层 硅片 破片率 转换效率Study OF Wafer Surface Damage in Multi-Wire Sawing CHEN Zhi-jun 1 ,LIU Zhen-huai 2,ZHANG Hua 3,MAO Fu-sheng4(1.Wafer Department,Changzhou Trina Solar Energy Co,Ltd; 213031,China. 2. Wafer Department,Changzhou Trina Solar Energy Co,Ltd; 3. Wafer Department,Changzhou Trina Solar Energy Co,Ltd 4.Wafer Department,Changzhou Trina Solar Energy Co,Ltd) Abstract: Wafer surface damage affect the rate of broken wafer, shape of etching, transfer efficiency. Through the SEM picture of wafer surface, the wafer surface are cellular and macropores , minipore and micropore can be see on it. Wafer slide from SEM is like on mountain trench, at the meantime, there are cracks on wafer edge, from extent to inside, named surface parquetry layer and flaw stress layer. Through study on the shaped mechanics of wafer damage layer, wafer damage layer can be reduced from the following action: reducing the pressure at right angle on wafer in cutting; adjusting the diameter distribution coefficient, circular degree, stacking density. IF the wafer affected layer can be reduced, the wafer broken rate can be decreased and the transfer efficiency can be increased. Key word: surface damage, wafer, wafer broken rate, transfer efficiency 0 前言硅片加工是太阳能制造中的重要环节。 硅片加工的精度， 表面粗糙度和整体的完整性关系到后续制造电池片的转换效率和一等品率。采用内圆金刚石锯片切割，硅片会产生较大的翘曲变形，最大翘曲会达到 40μ m 左右， 表面残留切痕和损伤层会达到 50 微米左右。现在采用游离磨料的方式进行多线切割，一方面切割效率发生革命性变化，一方面，在线痕，翘曲和表面损伤也有较大幅度的改善。硅片的损伤层过大，影响到电池片制作工艺过程中的前清洗腐蚀深度，制绒过程中绒面的形状，进而影响到电池的转换效率。因此如何降低硅片的表面专题： 论文编号：损伤，不管是对硅片的质量和成品率，还是对于电池的电性能有着非常重要的意义。 [1]1 表面损伤层研究多线切割的加工为机械加工过程，因而常在硅片的边缘形成裂纹和破损缺失，在硅片的表面会形成划痕和坑凹。这些缺陷不仅会影响硅片的质量和成品率，而且还会影响到电池的电性能和成品率。1.1 硅片表面损伤层图 1-1 硅片表面放大 1000X SEM图图 1-2 硅片表面放大 2000X SEM图如图 1-1 和 1-2 为硅片表面 SEM图，由图可以看出： （ 1）硅片表面呈蜂窝状 ,有大孔 ,小孔和微孔。这是由于多线切割的加工过程为磨料进行滚动切割过程，图上的孔洞为磨料的尖角压入硅块的切割缝中，钢线是不断运动的，带动磨料也进行滚动，孔洞为磨料滚动切割过程中留下的。 （ 2）大孔孔径在 5um 左右 ,小孔在 2um, 微孔在 um 级以下。孔洞的大小取决于磨料的尖角的大小、切割时垂直力的大小和钢线的振动幅度。不同型号规格的砂子的粒径将会不同，砂子尖角的大小也会不同。垂直力的大小主要受切割时的工艺参数和砂子形貌的影响。1.2 硅片截面损伤层专题： 论文编号：图 1-3 硅片截面边缘 2000X SEM图图 1-4 硅片截面边缘 5000X SEM图如图 1-3 和 1-4 为硅片截面的 SEM图，可以看出： （ 1）损伤层表现为无规则山峰沟谷状 ,并且伴随有裂纹； (2)损伤层小于 5 微米。损伤层从外到里分为 ,表面镶嵌层和缺陷应力层 ,表面镶嵌层由微小的 SIC颗粒和 SI颗粒组成 ;缺陷应力层由于 SIC对晶体的挤压形成晶格形变而形成的 ,此层为应力集中区 .[2]2 损伤层影响因素研究损伤层为机械加工过程中，磨料滚动过程中形成的。影响磨料的滚动状态有两个主要因素，一是磨料受到的压力，正压力越大其滚动摩擦力越大；另外因素是砂子的形态，尖角是否足够尖锐及尖角的大小。2.1 垂直压力的影响磨料受到的垂直压力越大，切割时的线弓越大，切割速度也越快，硅片表面的沟堑也越明显。如果要得到表面损伤层较低的硅片，需要降低垂直压力。多线切割的工作台速度和钢线走线速度为切割时的关键工艺参数。专题： 论文编号：图 2-1 切割时的受力分析简图如图 2-1，降低垂直压力，即降低 Fv，与 Fv 直接相关的为工作台速度和钢线走线速度的比值。台速线速比越低，切割单位面积的硅片用线量就越多，线弓就越小，这样 Fv 就越小。反之，台速线速比越大， Fv 就越大，硅片的损伤层就会越大。2.2 砂子的形态表征砂子的参数有等效直径分布系数，圆度系数，堆积密度等，对于切割用砂 D50 分布越集中越好，形状越不规则越好，堆积密度越小越好。如果砂子足够尖锐，切割能力强，那么相对切割时的线弓也很小，垂直压力也小，这样硅片的损伤层也相对较小。图 2-2 多棱角 SIC磨料图 图 2-3 少棱角 SIC磨料图如图 2-2 所示， SIC颗粒呈无规则多边形， 棱角丰富， 是良好的切割磨料。 如图 2-3 所示，SIC颗粒呈条状，尖锐的棱角少，切割时这个颗粒无法进行快速切割，强烈影响到硅片的表面状态。3 结论多线切割硅片表面呈蜂窝状 ,有大孔 ,小孔和微孔，大孔孔径在 5um 左右 ,小孔在 2um,微孔在 um 级以下。硅片截面损伤层表现为无规则山峰沟谷状 ,并且伴随有裂纹，损伤层小于 5 微米。工作台速度和钢线走线速度的比值，台速线速比越低，切割单位面积的硅片用线量就越多，线弓就越小，这样垂直力就越小。反之，台速线速比越大，垂直力就越大，硅片的损伤层就会越大。对于切割用砂 D50 分布越集中越好，形状越不规则越好，堆积密度越小越好。如果砂子足够尖锐，切割能力强，那么相对切割时的线弓也很小，垂直压力也小，这样硅片的损伤层也相对较小。专题： 论文编号：参考文献[1] 李彦林。超薄大直径太阳能级硅片线切割工艺及其悬浮液特性研究。河北工业大学，硕士论文 2007 [2] 谢振华。硅晶片内圆切割过程的振动研究。广东工业大学工学硕士学位论文。 2005： 2