Métodos de Corte para Lingotes de Silício Cristalino

Com o rápido desenvolvimento de energia limpa, O objetivo da paridade da rede para geração de energia fotovoltaica também é iminente. Enquanto vários fabricantes de silício cristalino na indústria fotovoltaica estão continuamente expandindo sua capacidade de produção, eles também estão reduzindo consistentemente os custos de produção, com o corte de pequenos lingotes de silício sendo um componente importante do custo das células solares de silício cristalino.

Os métodos abaixo mencionados alimentam todos em corte de pastilhas de silício, onde a perda de corte e TTV determinam o rendimento final por lingote.

O que é um lingote de silício?

Um lingote de silício cristalino é uma grande, vara cilíndrica (ou quase quadrada) de silício monocristalino ou policristalino com uma disposição atómica regular, produzida pela fusão de matéria-prima de polisilício de alta pureza e utilizando técnicas de crescimento de cristais precisamente controladas. Serve como o material precursor direto para a fabricação de wafers de silício.

 

Pureza Excepcionalmente Alta: A matéria-prima de silício normalmente deve atingir um nível de pureza de pelo menos 99.9999% (6N), enquanto o silício de grau semicondutor requer até 99.999999999% (11N). Um teor de impurezas extremamente baixo é essencial para garantir propriedades elétricas superiores.

 

Estrutura Cristalina Perfeita:

• Lingotes de Silício Monocristalino: Todo o lingote apresenta uma orientação atómica completamente uniforme, sem limites de grão. Esta estrutura proporciona uma eficiência de conversão extremamente elevada e excelente desempenho elétrico, fazendo do silício monocristalino o material absolutamente dominante para células solares de alta eficiência e chips semicondutores avançados.
• Lingotes de Silício Policristalino: Composto por numerosos grãos de silício de tamanhos variados, separados por limites de grão. Embora os custos de produção sejam relativamente mais baixos, a eficiência de conversão e o desempenho elétrico são ligeiramente inferiores aos do silício monocristalino.

 

Tendência para Dimensões Maiores: Para aumentar a eficiência da produção e reduzir os custos downstream, o diâmetro dos lingotes de silício continua a aumentar. Atualmente, lingotes solares convencionais silício monocristalino os lingotes atingiram diâmetros de 210 mm (G12) ou maiores, enquanto os lingotes de grau semicondutor correspondem normalmente a tamanhos de wafer de 200 mm (8 polegadas) e 300 mm (12 inc

Por que os laços de fio de corte de diamante são usados para cortar silício cristalino

No processo de corte de lingotes de silício cristalino para aplicações de energia solar, A maioria dos fabricantes atualmente usa lâminas de serra diamantadas tradicionais junto com fio de aço e argamassa para cortar. As lâminas de serra diamantadas têm velocidades de corte rápidas, mas produzem cortes largos. Durante o processo de corte, Uma grande quantidade de material de silício é raspada em pó de silício que entra nas águas residuais, resultando em altas perdas de silício.

O consumo de silício das laço de fio de corte de diamante linhas de corte é um terço do das linhas de corte com lâminas de diamante, permitindo economias significativas de material de silício. O método de corte com fio de aço e argamassa é lento, e tanto a argamassa quanto o pó de silício entram juntos nas águas residuais. O custo de separá-los é alto, com uma quantidade considerável de argamassa a precisar ser recuperada, levando a impactos ambientais adversos. Adicionalmente, O custo do tratamento de águas residuais é alto.

A velocidade de corte dos laços de fio de corte de diamante é 2-3 vezes mais rápido do que o método de corte de argamassa e fio de aço, e o pó de silício produzido é misturado apenas com líquido de resfriamento à base de água, resultando em menores custos de tratamento de águas residuais. Usando laços de fio de corte de diamante para cortar lingotes de silício cristalino, Corte de alta velocidade, respeito ao meio ambiente, e a produção barata do baixo custo pode ser conseguida.

O status atual de desenvolvimento da serra de fio de granito diamantado.

O fio de corte diamantado galvanizado tem vantagens como forte força de corte e costuras de corte perfeitas no corte de lingotes de silício cristalino, e experimentou um rápido desenvolvimento nos últimos três anos. Não só tem sido amplamente utilizado na indústria fotovoltaica, mas também em outros campos, como safira e corte de material magnético.

Contudo, Ainda existem problemas na produção de fios de corte diamantados galvanizados, como processos instáveis, fácil desprendimento de partículas de diamante, e altos custos de produção, que dificultam a adoção generalizada de fios de corte diamantados galvanizados.

Resultados da pesquisa sobre laços de fio diamantado.

Baseado na teoria fundamental da galvanoplastia composta, Este artigo investiga os parâmetros do processo que afetam a galvanoplastia de loops de fio de corte diamantado. Nos experimentos, Um fio de aço de alto carbono revestido de cobre de 0,27 mm de diâmetro foi usado como fio base. A solução de galvanoplastia empregou uma solução de galvanoplastia de sulfamato de níquel, e foram utilizadas partículas de diamante W30-40. Foram tiradas conclusões sobre o pré-tratamento de partículas de diamante com niquelagem, com o método químico de niquelagem considerado mais adequado para a produção de laços de fio de corte de diamante galvanizado para fins de corte. Através do estudo de diferentes parâmetros da relação de peso de partículas de diamante niquelado, Uma relação de peso de produção estável para partículas de diamante niquelado foi determinada.

 

Ao estudar o impacto da densidade de corrente da galvanoplastia de níquel com sulfamato na fragilidade do revestimento, A densidade de corrente ideal para a produção de laços de fio de corte diamantado galvanizado foi confirmada. Através da investigação do efeito da espessura da galvanoplastia de níquel sulfamato no desempenho de corte de laços de fio de corte de diamante galvanizado, A taxa ideal de enterramento de partículas de diamante na camada de niquelagem foi determinada.

 

Ao estudar o impacto do número de partículas de diamante por unidade de área no desempenho de corte de laços de fio de corte de diamante galvanizado, O número ideal de partículas de diamante por unidade de área correspondente ao melhor desempenho para cortar laços de fio diamantado para corte foi determinado. Através da investigação dos efeitos da temperatura e do tempo de alívio de tensão na eficiência de corte de laços de fio de corte diamantado galvanizado, Os parâmetros ideais de alívio de tensão foram identificados. Finalmente, A produção industrial de laços de fio de corte diamantado galvanizado para corte de lingotes de silício cristalino foi alcançada.

Perguntas Frequentes

Que métodos são usados para cortar lingotes de silício cristalino?

Os três métodos históricos são serras de lâmina de diâmetro interno, serras de fio com pasta abrasiva solta e laços de fio de diamante fixos. O corte com laço de fio de diamante tornou-se a escolha predominante.

Why is diamond wire loop preferred over slurry sawing?

Fixed diamond abrasive gives a narrower kerf, a cleaner process without slurry handling or disposal, e mais wafers por lingote.

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.

Conteúdo técnico revisto pela equipa de engenharia da Ensoll — um fabricante de laços de fio de diamante com 10+ anos de experiência em produção.