超薄太阳能级硅片切割技术研究

【摘要】：太阳能是世界上最普遍、最安全便宜与清洁的能源,光伏发电是利用太阳能最重要的一种方式之一。光伏产业链从上游到下游包括硅料、铸锭(拉棒)、切片、电池片、电池组件、应用系统等6个环节。太阳能级硅片切割是光伏电池制造工艺中的关键环节,将硅片厚度进一步降低,对降低光伏中游阶段的生产成本具有明显的经济效益。由于硅材料属于硬脆材料,在加工的过程中容易产生碎裂,如何在进一步降低硅片厚度的同时保证硅片的质量,是目前存在的一大难题。针对切割厚度为170~190μm的太阳能级硅片进行研究,是本文的主要内容与方向。本文主要研究了多线切割硅片过程中粘胶、切片、脱胶清洗、质量分选等环节的工艺参数的优化,辅助工序砂浆在线回收原理与工艺介绍、主辅料的技术指标与搭配实验,最后对多线切割过程中出现的重大异常进行原因分析与对策研究,具体内容如下:(1)研究了超薄太阳能级多晶硅片切割设备的组成与工作原理,系统性的分析了MB271设备的主要组成部分,设备构件的工作特征与工作条件,介绍了超薄太阳能级多晶硅片生产流程。通过流程说明:必须通过一套完整的工艺流程,来确保切割后硅片的表面质量,同时还要保证一定的生产效率,兼顾生产经济利益最大化。(2)研究了超薄太阳能级多晶硅片在多线切割过程中的机理,确保在切割的过程中实现塑性切削,减少硅片表面出现异常情况。通过对切割机理与模态分析的研究,确定了多线切割线主要的影响因素,为加工参数的确定提供理论依据。(3)针对超薄太阳能级硅片切割过程中的主要影响因素,进行了针对性的研究分析与实验,包括针对导轮的关键参数进行分析与实验研究、砂浆流量与温度指标对硅片质量的影响分析与实验、钢线相关因素影响与实验、砂浆在线回收关键指标进行分析研究。(4)为了更好的解决切割过程中的关键异常情况,本文还针对超薄太阳能级多晶硅片切割过程中的断线与线痕、TTV异常进行了研究分析。通过切割超薄太阳能级硅片的关键因素分析与实验,总结出影响硅片质量与合格率的关键因素(导轮、砂浆、碳化硅、钢线、工件速度),分析了此部分指标的影响因素,初步结论如下:(1)与现有硅片厚度相比,本文切割的硅片厚度由210μm降低到180μm左右,节省了15%左右的硅原料。(2)与现有技术相比,本文提出了影响太阳能级硅片切割的影响物理因素指标,如碳化硅的粒径、PEG的粘度、导轮的指标、钢线的走线速度规范化等。(3)通过本文的研究,能够降低硅片的厚度,同时将技术工艺条件规范化,减少生产中异常的发生。 【关键词】：光伏 硅片切割 MB271 砂浆回收 太阳能
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304.12
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 太阳能级硅片切割研究现状12-16
• 1.2.1 太阳能级硅片切割设备发展现状12-15
• 1.2.2 太阳能级硅片切割技术发展现状15-16
• 1.3 本课题研究的意义与创新点16
• 1.4 本课题研究的主要内容16-17
• 第二章 影响硅片切割质量机理研究17-25
• 2.1 硅材料的切割机理研究17-18
• 2.2 多线切割硅片机理研究18-20
• 2.2.1 多线切割模态原理研究19-20
• 2.2.2 多线切割理论计算研究20
• 2.3 粘棒的机理研究20-21
• 2.4 脱胶清洗机理研究21-23
• 2.5 质量分选原理研究23-25
• 第三章 实验设备与流程介绍25-32
• 3.1 MB271多线切割机型简介25-28
• 3.1.1 主要组成部分介绍25-27
• 3.1.2 主要部分图示介绍27-28
• 3.1.3 主操作面板介绍28
• 3.2 实验流程与注意事项28-32
• 3.2.1 粘胶流程介绍28-29
• 3.2.2 砂浆配置流程介绍29-30
• 3.2.3 硅片切割流程介绍30-31
• 3.2.4 砂浆系统操作介绍31
• 3.2.5 清洗流程介绍31
• 3.2.6 质量分选流程介绍31-32
• 第四章 影响切割技术的关键因素与实验研究32-55
• 4.1 导轮的指标分析与实验33-35
• 4.2 砂浆的作用分析与实验35-44
• 4.2.1 碳化硅因素分析36-38
• 4.2.2 砂浆特性分析38-42
• 4.2.3 砂浆温度与粘度的关系测试实验42
• 4.2.4 砂浆温度对硅片质量的影响实验42-43
• 4.2.5 碳化硅有效切割粒径研究43-44
• 4.3 切割钢线的影响分析与实验44-48
• 4.3.1 钢线直径影响实验45-46
• 4.3.2 钢线的线速度与台速分析与实验46-48
• 4.4 砂浆在线回收介绍48-55
• 4.4.1 砂浆在线回收的实例说明49-51
• 4.4.2 砂浆在线回收粒度分析51-55
• 第五章 超薄太阳能级硅片微观分析研究55-58
• 5.1 硅片的显微组织分析55-56
• 5.2 硅片的晶向测量分析56-58
• 第六章 影响硅片的主要异常因素与处理办法58-61
• 6.1 断线58-59
• 6.2 线痕59-60
• 6.3 TTV（硅片厚度变化量）60-61
• 第七章 结论与展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文66-67
• 致谢67-68

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