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太阳能光伏电池制作过程中硅片切开技能
来源:未知 作者:admin 发布时间:2018-10-27 14:23 浏览量:

  太阳能光伏电池制作过程中硅片切开技能

  硅片切开是太阳能光伏电池制作工艺中的要害部分。该工艺用于处理单晶硅或许多晶硅的固体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块,然后切成很薄的硅片。(图1)这些硅片就是制作光伏电池的基板。

  

  硅片是晶体硅光伏电池技能中最贵重的部分,所以下降这部分的制作本钱关于前进太阳能对传统动力的竞争力至关重要。本文将对硅片切片工艺、制作业的应战和新一代线锯技能怎么下降切片本钱做一个概述。

  线锯的发展史

  第一台有用的光伏切片机台诞生于1980年代,它源于Charles Hauser 博士前沿性的研讨和作业。Charles Hauser 博士是瑞士HCT切片体系的创办人,也就是现在的运用资料公司PWS准确硅片处理体系事业部的前身。这些机台运用切开线配以研磨浆来完结切开动作。今日,干流的用于硅锭和硅片切开的机台的根本结构依然源于Charles Hauser 博士开始的机台,不过在处理载荷和切开速度上现已有了明显的前进。

  切开工艺

  现代线锯的中心是在研磨浆合作下用于完结切开动作的超细高强度切开线。最多可达1000条切开线彼此平行的缠绕在导线轮上构成一个水平的切开线网。马达驱动导线轮使整个切开线网以每秒5到25米的速度移动。切开线的速度、直线运动或来回运动都会在整个切开进程中依据硅锭的形状进行调整。在切开线运动进程中,喷嘴会持续向切开线喷发含有悬浮碳化硅颗粒的研磨浆。

  

  硅块被固定于切开台上,一般一次4块。切开台垂经过运动的切开线切开网,使硅块被切开成硅片(图2)。 切开原理看似十分简略,可是实践操作进程中有许多应战。线锯有必要准确平衡和操控切开线直径、切开速度和总的切开面积,然后在硅片不破碎的情况下,获得共同的硅片厚度,并缩短切开时刻。

  削减硅料耗费

  关于以硅片为基底的光伏电池来说,晶体硅(c-Si)质料和切开本钱在电池总本钱中占有了最大的部分。光伏电池出产商可以经过在切片进程中节省硅质料来下降本钱。下降截口丢失可以到达这个效果,截口丢失首要和切开线直径有关,是切开进程自身所发生的质料丢失。切开线直径现已从本来的180-160μm 下降到了现在遍及运用的140-100μm 。下降切开线直径还可以在相同的硅块长度下切开出更多的硅片,前进机台产值。

  让硅片变得更薄相同可以削减硅质料耗费。在曩昔的十多年中,光伏硅片的厚度从本来的330μm 下降到现在遍及的180-220μm 范围内。这个趋势还将持续,硅片厚度将变成 100μm. 削减硅片厚度带来的效益是惊人的,从330μm 到 130μm, 光伏电池制作商最多可以下降整体硅质料耗费量 多达60%。

  制作业的应战

  在硅片切开工艺中咱们需求面临多项应战,首要聚集于线锯的出产力,也就是单位时刻内生
产的硅片数量。出产力取决于以下几个要素:

  1) 切开线直径 – 更细的切开线意味着更低的截口丢失,也就是说同一个硅块可以出产更多的硅片。但是,切开线更细更简单开裂。

  2) 荷载 – 每次切开的总面积,等于硅片面积X每次切开的硅块数量X每个硅块所切开成的硅片数量 。

  3) 切开速度 – 切开台经过切开线切开网的速度,这在很大程度上取决于切开线运动速度,马达功率和切开线拉力。

  4) 易于保护性 – 线锯在切开之间需求替换切开线和研磨浆,保护的速度越快,整体的出产力就越高。

  出产商有必要平衡这些相关的要素使出产力到达最大化。更高的切开速度和更大的荷载将会加大切开切开线的拉力,添加切开线开裂的危险。由于同一硅块上一切硅片是一起被切开的,只需有一条切开线开裂,一切部分切开的硅片都不得不丢掉。 但是,运用更粗更结实的切开线也并不可取,这会削减每次切开所出产的硅片数量,并添加硅质料的耗费量。

  硅片厚度也是影响出产力的一个要素,由于它关系到每个硅块所出产出的硅片数量。超薄的硅片给线锯技能提出了额定的应战,由于其出产进程要困难得多。除了硅片的机械脆性以外,假如线锯工艺没有精细操控,纤细的裂纹和曲折都会对产品良率发生负面影响。超薄硅片线锯体系有必要可以对工艺线性、切开线速度和压力、以及切开冷却液进行精细操控。

  不管硅片的厚薄,晶体硅光伏电池制作商都对硅片的质量提出了极高的要求。硅片不能有外表损害(纤细裂纹、线锯印记),描摹缺点(曲折、凹凸、厚薄不均)要最小化,对额定后端处理如抛光等的要求也要降到最低。

  新一代线锯产品

  为了满意商场关于更低本钱和更高出产力的要求,尊龙现金真人娱乐一下,新一代线锯有必要前进切开速度,运用更长的硅块然后前进切开荷载。更细的切开线和更薄的硅片都前进了出产力,一起,先进的工艺操控可以办理切开线拉力以此坚持切开线的结实性。

  运用不止一组切开切开线是在坚持速度的条件下前进机台产值的一个立异办法。运用资料公司最新的MaxEdge? 体系(图三 3)采用了共同的两组独立操控的切开组件(图 4)。

  MaxEdge是业界第一个专门规划运用细切开线的线锯体系 ,最低可到达80μm。相关于业界抢先的运用资料公司HCT B5线锯体系,这些改善削减了硅料丢失使产值前进多达50%。

  

  更高出产力的线锯体系在相同的硅片产值下可以削减机台数量。因而,制作商可以大幅下降设备、操作人员和保护的本钱。

  下降硅片的耗费量也就是直接下降了太阳能电力的每瓦本钱。

  

  

  MaxEdge 体系结合了更细的切开线和更薄的硅片,前进了线锯技能,有望于2011年曾经使太阳能电力的每瓦本钱下降0.18美元。 (图 5).
 

  留意:该图表的条件是太阳能电池功率坚持不变;硅质料本钱为55美元/公斤。

  前面现已谈到,保护便利与否对整体出产力有着很大的影响。MaxEdge 体系的机械布局在规划上考虑到了保护的便利,使切开线替换和研磨浆喷头清洗等一般保护作业可以十分简单和快速地进行。

  线锯产品商场

  硅片供货商和期望自己操控切片工艺的整合晶体硅光伏组件出产商都需求运用线锯设备。单晶硅和多晶硅光伏技能都需求运用到它。

  大多数光伏线锯设备是硅片供货商购买的。他们一般成长硅锭或许硅块、将硅质料切合处理成硅片,终究销售给光伏电池制作商用于制作电池。业界最成功的运用资料公司HCT B5线锯体系的装机量超越500台,是光伏切片范畴的标杆产品。

  定论

  在光伏范畴,线锯技能的前进缩小了硅片厚度并下降了切开进程中的资料损耗,然后削减了太阳能电力的硅资料耗费量。(每瓦运用更少克数的硅资料) 现在,原资料简直占了晶体硅太阳能电池本钱的三分之一,因而,线锯技能关于下降太阳能每瓦本钱并终究促使其到达电网平价起到了至关重要的效果。最新最先进的线锯技能带来了许多立异,前进了出产力并经过更薄的硅片削减了硅资料的耗费。
 

  

   太阳能光伏电池硅片