太陽能硅片電磨削多線切割技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、多線切割是當(dāng)前太陽能硅片的主要加工方法，該方法是通過線網(wǎng)的高速運(yùn)動(dòng)把磨料帶入硅錠加工區(qū)域進(jìn)行研磨，最終將硅錠切割成薄片。根據(jù)磨料的附著形式多線切割又分為游離磨料和固結(jié)磨料兩種。當(dāng)前單晶硅片基本采用固結(jié)磨料切割，切割后的硅片通過各向異性腐蝕在表面形成隨機(jī)分布的金字塔絨面，該技術(shù)路線成熟，硅片制造效率高成本低。多晶硅由于晶粒取向的隨機(jī)性，固結(jié)磨料切割后的多晶硅片無法沿用現(xiàn)有的酸制絨工藝，暫時(shí)只能采用成本較高的黑硅技術(shù)來獲得較好的絨面結(jié)構(gòu)。多

2、晶硅片的加工目前主要還是采用游離磨料切割。但是游離磨料切割多晶效率較低，尤其是多晶硅錠中含有硬質(zhì)點(diǎn)時(shí)，切割難度更大風(fēng)險(xiǎn)較高。針對(duì)目前多晶硅片加工所存在的困難和障礙，本文在現(xiàn)有的多線切割系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出了一種電磨削多線切割復(fù)合加工方法，該方法在硅錠與切割線間加上連續(xù)或脈沖電源，利用切削液的弱導(dǎo)電性產(chǎn)生微區(qū)氧化或腐蝕，在機(jī)械磨削的同時(shí)復(fù)合電化學(xué)氧化（或腐蝕）實(shí)現(xiàn)材料去除。本文針對(duì)該加工方法的作用機(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了深入研究和試驗(yàn)，主要完成

3、了以下幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容。
　?。?）對(duì)硅電極進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在含0.5mol/L KCl的乙二醇溶液中，正向掃描電壓為5V時(shí)，P型多晶硅片的循環(huán)伏安曲線上出現(xiàn)了一個(gè)電流峰，峰電流密度約為0.07A/dm2。硅電極在含0.5mol/L KCl的水溶液中循環(huán)伏安掃描時(shí)，測(cè)得了與HF溶液中較為類似的循環(huán)伏安曲線，正向掃描電壓為1.5V和4V時(shí)分別出現(xiàn)了電流峰，峰電流密度分別為0.03、0.08A/dm2。結(jié)果表明，在陽極電場(chǎng)的作

4、用下，硅電極會(huì)產(chǎn)生陽極氧化，在水溶液中還會(huì)伴隨有微弱的陽極腐蝕。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，氧化層不斷累積，陽極反應(yīng)逐漸停止，若能及時(shí)去除氧化層，電化學(xué)反應(yīng)可持續(xù)不斷進(jìn)行。20V直流電壓下反應(yīng)100s氧化層厚度大約為100nm，其表面存在孔洞，孔洞的直徑大約為2-3μm，整個(gè)氧化層表面致密性差，并檢測(cè)到氧元素的存在，進(jìn)一步證明了硅片表面發(fā)生了陽極氧化反應(yīng)。
　?。?）采用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)硅以及硅氧化物進(jìn)行納米壓痕仿真，結(jié)果表明在同樣的載荷

5、下疏松狀硅氧化物的壓痕深度更深，載荷卸載后的殘余深度也更大。隨后對(duì)原始硅片和陽極氧化后的硅片開展納米壓痕實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：在4mN的載荷下，原始硅片的最大壓入深度約300nm，卸載后的壓痕深度約100nm；而陽極氧化后的硅片其最大壓入深度約550nm，卸載后的壓痕深度約200nm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。同時(shí)硬度檢測(cè)結(jié)果也表明，陽極氧化后的硅片硬度要小，壓頭更容易壓入其表面，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧化層有利于切割時(shí)磨?！扒度搿边@一瞬間過程。

6、
　?。?）針對(duì)該方法在工程應(yīng)用中所存在的難題，對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)展開研究。陽極進(jìn)電設(shè)計(jì)了端部進(jìn)電法，陰極進(jìn)電設(shè)計(jì)了碳刷進(jìn)電、滾筒進(jìn)電、石墨塊進(jìn)電和雙工位進(jìn)電等多種線網(wǎng)進(jìn)電方案。研制了電磨削專用電源，該電源可以設(shè)置單極性和雙極性兩種輸出模式，輸出的頻率（0-500Hz）、脈寬可調(diào)，能量可控。并以該電源為載體，設(shè)計(jì)了一種分布式太陽能硅片電磨削多線切割遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，便于對(duì)加工過程中的電參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及對(duì)電參數(shù)的遠(yuǎn)程控制。

7、　?。?）在NTC442DW多線切割設(shè)備上開展了游離磨料電磨削多線切割及其對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，電磨削切割后硅片的TTV和BOW的均值分別為11.37μm和7.38μm，對(duì)比試驗(yàn)的TTV和BOW的均值分別為12.06μm和10.12μm，兩項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的均值和分布區(qū)間均優(yōu)于對(duì)比試驗(yàn)。而且，電磨削能減少硅片表面線痕的出現(xiàn)以及顆粒脫落的發(fā)生，減小硅片亞表面損傷層，提高切片合格率。同時(shí)，該方法因?yàn)榍懈钬?fù)載的降低能減小切割過程中對(duì)切割線的損傷，減少

8、切割線上周向切痕出現(xiàn)，降低斷線幾率。基于HCT B5多線切割系統(tǒng)，將該方法分別應(yīng)用于點(diǎn)雜多晶硅和結(jié)構(gòu)線切割，均取得了較好的試驗(yàn)效果，綜合良率分別提高了2.54％和2.08%。
　　（5）通過單絲線鋸金剛線電磨削對(duì)比切割試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)比試驗(yàn)片表面光亮，而電磨削試驗(yàn)片表面顏色偏暗并存在腐蝕跡象。采用酸制絨后，電磨削硅片表面能形成均勻致密的絨面結(jié)構(gòu)，制絨后的硅片反射率低于對(duì)比試驗(yàn)硅片，尤其在短波范圍內(nèi)（波長(zhǎng)300-600nm）其反射率明顯