Metodi di taglio per lingotti di silicio cristallino

Con il rapido sviluppo dell'energia pulita, Anche l'obiettivo della grid parity per la produzione di energia fotovoltaica è imminente. Mentre vari produttori di silicio cristallino nell'industria fotovoltaica stanno espandendo continuamente la loro capacità produttiva, Inoltre, riducono costantemente i costi di produzione, con il taglio di piccoli lingotti di silicio che è una componente importante del costo delle celle solari in silicio cristallino.

I metodi sottostanti confluiscono tutti in taglio dei wafer di silicio, dove la perdita di scia e il TTV determinano il rendimento finale per lingotto.

Cos'è un lingotto di silicio?

Un lingotto di silicio cristallino è un grande, cilindrico (o quasi quadrato) asta di silicio monocristallino o policristallino con un regolare ordine atomico, prodotto fondendo materia prima di polisilicio ad alta purezza e impiegando tecniche di crescita cristallina controllate con precisione. Serve come materiale precursore diretto per la fabbricazione di wafer di silicio.

 

Purezza Eccezionalmente Alta: Il silicio di partenza deve generalmente raggiungere un livello di purezza di almeno 99.9999% (6N), mentre il silicio di grado semiconduttore richiede fino a 99.999999999% (11N). Un contenuto di impurità così estremamente basso è essenziale per garantire proprietà elettriche superiori.

 

Struttura Cristallina Perfetta:

• Lingotti di Silicio Monocristallino: L'intero lingotto presenta un'orientazione atomica completamente uniforme senza confini di grano. Questa struttura garantisce un'efficienza di conversione estremamente alta e prestazioni elettriche eccellenti, rendendo il silicio monocristallino il materiale assolutamente predominante per celle solari ad alta efficienza e chip semiconduttori avanzati.
• Lingotti di Silicio Policristallino: Composto da numerosi grani di silicio di dimensioni variabili separati da confini di grano. Mentre i costi di produzione sono relativamente più bassi, l'efficienza di conversione e le prestazioni elettriche sono leggermente inferiori a quelle del silicio monocristallino.

 

Tendenza verso dimensioni maggiori: Per migliorare l'efficienza produttiva e ridurre i costi a valle, il diametro dei lingotti di silicio continua ad aumentare. Oggigiorno, i lingotti solari di livello commerciale silicio monocristallino hanno raggiunto diametri di 210 mm (G12) o superiori, mentre i lingotti di grado semiconduttore corrispondono comunemente a wafer di 200 mm (8 Pollici) e 300 mm (12 SpA

Perché vengono utilizzati filo diamantato per tagliare il silicio cristallino

Nel processo di taglio dei lingotti di silicio cristallino per applicazioni solari, la maggior parte dei produttori utilizza attualmente lame seghe diamantate tradizionali insieme a filo d'acciaio e malta per il taglio. Le lame seghe diamantate hanno velocità di taglio elevate ma producono scanalature larghe. Durante il processo di taglio, una grande quantità di materiale di silicio viene raschiata in polvere di silicio che entra nelle acque reflue, risultando in elevate perdite di silicio.

Il consumo di silicio delle anello di filo per taglio diamantato linee di taglio è un terzo rispetto a quello delle linee di taglio con lama diamantata, consentendo un notevole risparmio di materiale di silicio. Il metodo di taglio che utilizza filo d'acciaio e malta è lento, e sia la malta che la polvere di silicio entrano insieme nelle acque reflue. Il costo per separarli è alto, con una notevole quantità di malta da recuperare, portando a impatti ambientali negativi. Inoltre, il costo del trattamento delle acque reflue è alto.

La velocità di taglio dei loop di filo da taglio diamantato è 2-3 volte più veloce rispetto al metodo di taglio con malta e filo d'acciaio, e la polvere di silicio prodotta è solo miscelata con liquido di raffreddamento a base d'acqua, risultando in costi di trattamento delle acque reflue più bassi. Utilizzando anelli di filo diamantato per il taglio di lingotti di silicio cristallino, taglio ad alta velocità, rispetto per l'ambiente, e produzione a basso costo possono essere raggiunti.

Lo stato attuale dello sviluppo della sega a filo di granito diamantato.

Il filo diamantato elettrodeposto ha vantaggi come forte forza di taglio e bordi di taglio netti nel taglio di lingotti di silicio cristallino, e ha conosciuto uno sviluppo rapido negli ultimi tre anni. Non è stato solo ampiamente utilizzato nell'industria fotovoltaica ma anche in altri settori come il taglio di zaffiro e materiali magnetici.

Tuttavia, tuttavia ci sono ancora problemi nella produzione di fili diamantati elettrodeposti, come processi instabili, facile distacco delle particelle di diamante, e alti costi di produzione, che ostacolano l'adozione diffusa di fili diamantati elettrodeposti.

Risultati della ricerca sui loop di filo diamantato.

Basato sulla teoria fondamentale della galvanoplastica composita, questo articolo indaga i parametri di processo che influenzano la galvanizzazione dei loop di filo diamantato. Negli esperimenti, è stato utilizzato come filo base un filo in acciaio ad alto tenore di carbonio rame-placcato di diametro 0,27 mm. La soluzione di galvanizzazione impiegava una soluzione elettrolitica di solfammato di nichel, e sono state utilizzate particelle di diamante W30-40. Sono state tratte conclusioni riguardo al pre-trattamento delle particelle di diamante con placcatura di nichel, con il metodo di placcatura chimica al nichel considerato il più adatto per la produzione di loop di filo diamantato placcato per scopi di taglio. Attraverso lo studio dei diversi parametri del rapporto in peso delle particelle di diamante placcate in nichel, è stato determinato un rapporto di peso di produzione stabile per particelle di diamante placcate in nichel.

 

Studiando l'impatto della densità di corrente della galvanostegia al nichel con solfammato sulla fragilità del rivestimento, è stata confermata la densità di corrente ottimale per la produzione di anelli di filo da taglio diamantato placcati. Attraverso l'indagine sull'effetto dello spessore della placcatura in nichel con solfammato sulle prestazioni di taglio degli anelli di filo da taglio diamantato placcati, è stato determinato il tasso di sepoltura ottimale delle particelle di diamante nello strato di nichel.

 

Studiando l'impatto del numero di particelle di diamante per unità di area sulle prestazioni di taglio degli anelli di filo da taglio diamantato placcati, è stato determinato il numero ottimale di particelle di diamante per unità di area corrispondente alle migliori prestazioni per il taglio dei fili a loop diamantati. Attraverso lo studio degli effetti della temperatura e del tempo di distensione sulla efficienza di taglio dei fili a loop diamantati elettrodeposti, sono stati identificati i parametri ottimali di distensione. In definitiva, è stata raggiunta la produzione industriale di fili a loop diamantati elettrodeposti per il taglio di lingotti di silicio cristallino.

Domande Frequenti

Quali metodi sono utilizzati per tagliare i lingotti di silicio cristallino?

I tre metodi storici sono seghe a lama per diametro interno, seghe a filo con sospensione abrasiva libera e fili a loop diamantati fissi. Il taglio con filo a loop diamantato è diventata la scelta principale.

Perché il filo a loop diamantato è preferito rispetto al taglio con sospensione abrasiva?

L'abrasivo diamantato fisso offre una scalfatura più stretta, un processo più pulito senza gestione o smaltimento di fanghi, e più wafer per lingotto.

Cos'è un lingotto di silicio cristallino?

È un cilindro di silicio monocristallino o policristallino coltivato con metodi come il Czochralski, che viene poi affettato in wafer per celle solari e dispositivi a semiconduttore.

Contenuto tecnico esaminato dal team di ingegneria Ensoll — un produttore di anelli diamantati con 10+ anni di esperienza produttiva.