Méthodes de coupe pour les lingots de silicium cristallin

Avec le développement rapide des énergies propres, L’objectif de parité réseau pour la production d’énergie photovoltaïque est également imminent. Alors que divers fabricants de silicium cristallin dans l’industrie photovoltaïque augmentent continuellement leur capacité de production, De plus, ils réduisent constamment leurs coûts de production, La découpe de petits lingots de silicium étant une composante importante du coût des cellules solaires en silicium cristallin.

Les méthodes ci-dessous alimentent toutes dans la découpe de plaquettes de silicium, où la perte par encoche et le TTV déterminent le rendement final par lingot.

Qu'est-ce qu'un lingot de silicium?

Un lingot de silicium cristallin est une grande, cylindrique (ou quasi carrée) tige de silicium monocristallin ou polycristallin avec un agencement atomique régulier, produite en faisant fondre du matériau brut de polysilicium de haute pureté et en utilisant des techniques de croissance cristalline précisément contrôlées. Il sert de matériau précurseur direct pour la fabrication de tranches de silicium.

 

Pureté exceptionnellement élevée: La matière première en silicium doit généralement atteindre un niveau de pureté d'au moins 99.9999% (6N), tandis que le silicium de qualité semi-conducteur nécessite jusqu'à 99.999999999% (11N). Un contenu en impuretés extrêmement faible est essentiel pour garantir des propriétés électriques supérieures.

 

Structure cristalline parfaite:

• Lingots de silicium monocristallin: L'ensemble du lingot présente une orientation atomique complètement uniforme sans joints de grains. Cette structure offre une efficacité de conversion extrêmement élevée et d'excellentes performances électriques, ce qui fait du silicium monocristallin le matériau absolument dominant pour les cellules solaires haute efficacité et les puces semi-conductrices avancées.
• Lingots de silicium polycristallin: Composé de nombreux grains de silicium de tailles variées séparés par des joints de grains. Bien que les coûts de production soient relativement plus bas, l'efficacité de conversion et les performances électriques sont légèrement inférieures à celles du silicium monocristallin.

 

Tendance vers des dimensions plus grandes: Pour améliorer l'efficacité de production et réduire les coûts en aval, le diamètre des lingots de silicium continue d'augmenter. Actuellement, lingots solaires grand public Silicium monocristallin les lingots ont atteint des diamètres de 210 mm (G12) ou plus, alors que les lingots de qualité semi-conducteur correspondent généralement à des tailles de wafer de 200 mm (8 Pouces) et 300 mm (12 inc

Pourquoi les fils de coupe diamantés sont utilisés pour couper le silicium cristallin

Dans le processus de coupe des lingots de silicium cristallin pour les applications photovoltaïques, la plupart des fabricants utilisent actuellement des lames scie diamant traditionnelles avec du fil d'acier et du mortier pour la coupe. Les lames scie diamant ont une vitesse de coupe rapide mais produisent des coupes larges. Pendant le processus de coupe, a large amount of silicon material is shaved into silicon powder that enters wastewater, resulting in high silicon losses.

The silicon consumption of boucle de fil de coupe diamantée cutting lines is one-third that of diamond saw blade cutting lines, allowing for significant silicon material savings. The cutting method using steel wire and mortar is slow, and both mortar and silicon powder enter wastewater together. The cost of separating them is high, with a considerable amount of mortar needing to be recovered, leading to adverse environmental impacts. De plus, the cost of wastewater treatment is high.

The cutting speed of diamond cutting wire loops is 2-3 times faster than that of the mortar and steel wire cutting method, and the produced silicon powder is only mixed with water-based cooling liquid, resulting in lower wastewater treatment costs. En utilisant des fils de coupe en diamant pour couper des lingots de silicium cristallin, découpe à grande vitesse, respect de l'environnement, et production à faible coût peuvent être réalisés.

Le statut actuel de développement du fil scie en granit diamant.

Le fil de coupe en diamant électroplaqué présente des avantages tels que une grande force de coupe et des joints de coupe nets dans la découpe de lingots de silicium cristallin, et a connu un développement rapide au cours des trois dernières années. Il a non seulement été largement utilisé dans l'industrie photovoltaïque mais aussi dans d'autres domaines tels que la découpe de saphir et de matériaux magnétiques.

Toutefois, il existe encore des problèmes dans la production de fils de coupe en diamant électroplaqué, tels que des processus instables, détachement facile des particules de diamant, et coûts de production élevés, ce qui entrave l'adoption généralisée des fils de coupe en diamant électroplaqué.

Résultats de recherche sur les boucles de fil diamanté.

Basé sur la théorie fondamentale du placage composite, cet article étudie les paramètres de processus affectant le placage électrolytique des boucles de fil de coupe au diamant. Dans les expériences, un fil en acier à haute teneur en carbone plaqué cuivre de 0,27 mm de diamètre a été utilisé comme fil de base. La solution de placage électrolytique utilisée était une solution de placage au nickel sulfamate, et des particules de diamant W30-40 ont été utilisées. Des conclusions ont été tirées concernant le prétraitement des particules de diamant par placage au nickel, la méthode de placage chimique au nickel s'étant révélée la plus adaptée pour produire des boucles de fil de coupe au diamant électrolytique à des fins de découpe. À travers l'étude de différents paramètres du rapport pondéral des particules de diamant plaquées au nickel, un rapport de poids de production stable pour les particules de diamant plaquées de nickel a été déterminé.

 

En étudiant l'impact de la densité de courant de l'électrodéposition de nickel avec le sulfamate sur la fragilité du revêtement, la densité de courant optimale pour produire des boucles de fil de coupe diamanté électrodéposé a été confirmée. En examinant l'effet de l'épaisseur de la nickelisation au sulfamate sur la performance de coupe des boucles de fil de coupe diamanté électrodéposé, le taux d'enfouissement optimal des particules de diamant dans la couche de nickel a été déterminé.

 

En étudiant l'impact du nombre de particules de diamant par unité de surface sur la performance de coupe des boucles de fil de coupe diamanté électrodéposé, le nombre optimal de particules de diamant par unité de surface correspondant aux meilleures performances pour la coupe des boucles de fil diamanté a été déterminé. En étudiant les effets de la température et du temps de détente des contraintes sur l'efficacité de coupe des boucles de fil diamanté électrodéposé, les paramètres optimaux de détente des contraintes ont été identifiés. Finalement, la production industrielle de boucles de fil diamanté électrodéposé pour la coupe des lingots de silicium cristallin a été réalisée.

Questions fréquemment posées

Quelles méthodes sont utilisées pour couper des lingots de silicium cristallin?

Les trois méthodes historiques sont les scies à lame à diamètre intérieur, les scies à fil à abrasif en suspension et les boucles de fil diamanté fixe. La coupe à la boucle de fil diamanté est devenue le choix principal.

Pourquoi la boucle de fil diamanté est-elle préférée à la coupe à la pâte abrasive?

L'abrasif diamanté fixe donne un trait de coupe plus étroit, a cleaner process without slurry handling or disposal, et plus de tranches par lingot.

What is a crystalline silicon ingot?

It is a monocrystalline or multicrystalline silicon cylinder grown by methods such as Czochralski, which is then sliced into wafers for solar cells and semiconductor devices.

Contenu technique examiné par l'équipe d'ingénierie d'Ensoll — un fabricant de boucles de fil diamanté avec 10+ des années d'expérience en production.