本發明涉及晶體硅太陽能電池技術領域，更具體地，涉及一種晶體硅的線切割的方法。

背景技術：

隨著社會的發展，太陽能光伏產業逐步成為一種新的主導產業。在太陽能硅片線切割生產過程中，目前行業普遍使用的切割硅片的鋼線主要還是橫截面為圓形或橢圓形的普通直鋼線，如公開號為CN103192462A、CN102275232A所述切割方法就是采用普通直鋼線的砂漿切割技術。需投入大量砂漿，慢臺速切割，產量低、成本高，在切割硅塊時，碳化硅顆粒缺少附著力，容易從鋼線表面脫落，鋼線在硅塊入線口會引起漿料的飛濺，進而降低砂漿攜帶，影響切割品質。因而采用普通直鋼線的切割速度慢，砂漿單耗大，產品合格率低。

目前市場對硅片的需求持續旺盛，硅片供給側緊張，業內硅片企業全力追趕產能，因投入設備擴產成本高、周期長，故主要還是從提升工藝臺速、挖掘現有產能潛能入手，但如單方面提高臺速、縮短工藝切割時間，硅片的切割品質會急速惡化、合格率嚴重下降，造成生產成本的上升，依然無法提高企業盈利能力。

目前金剛線切割單晶硅的工藝正在逐漸推廣，但金剛線切割多晶硅的工藝幾乎沒有，主要原因在于現有切割機臺的性能設計缺陷，如轉用金剛石線切割，需投入較大的資金對現有切片設備進行全面升級改造，且改造后的設備穩定性不好，產品合格率低。

另外，多晶硅雜質高、切割難度比單晶硅大，現有金剛線切割工藝的輔料成本和切割技術相對于普通直鋼線砂漿切割并無成本優勢。更關鍵的是金剛線切割多晶硅片電池制絨技術(黑硅技術，濕法制絨)雖有突破，但需投入大量資金升級改造、淘汰現有的電池設備，目前還不具備量產推廣的技術和成本優勢，因而金剛線切割多晶硅片需求疲軟。

基于此，業內因地制宜為改善鋼線帶砂能力而逐步開發出波紋鋼線、螺旋鋼線和結構鋼線等，此類鋼線對提高帶砂能力有所幫助，但因這些鋼線具有一定波形，如無與之匹配的切割工藝，在多線切割中極易出現間歇性線痕或TTV(總厚度偏差)異常，對提速增產降本的貢獻遠遠達不到預期。如公開號CN103448154A所述螺旋線切割工藝技術，臺速和輔料成本依然有很大改進空間。

技術實現要素：

[技術問題]

本發明致力于開發一種晶體硅的線切割方法，所述方法采用結構線進行切割，有效提高切割速度和切割效率，提高成品率，降低砂漿等輔料成本，改善切片盈利能力。

[技術方案]

根據本發明的一個方面，提供了一種晶體硅的線切割方法，所述方法通過線切割機進行，并包括以下步驟：

(1)在線砂漿的配制

配制在線砂漿，所述在線砂漿為包含聚乙二醇和碳化硅顆粒的混合砂漿，密度為1.660-1.675kg/L，粘度為220-260mPa·s；

(2)導輪加工

開槽夾角為70-80°，槽深為190±10μm，槽距補償為7-17μm以及V或U型槽的開槽工藝加工所述線切割機的導輪；

(3)晶體硅切割

設定結構線的速度為9.5-15m/s，張力為R/L：25-20N/18-24N，待切割晶體硅的進給速度為0.255-0.500mm/min，所述在線砂漿的流量為110-150kg/min，在線砂漿的溫度為17-23℃。在切割前依硅塊有效切割長度和砂漿更換系數添加砂漿，即砂漿添加量＝有效切割長度*砂漿更換系數，其中所述砂漿更換系數為0.3-0.4kg在線砂漿/mm。

在本發明中，在線砂漿主要包含切割液和砂，切割液的主要成分是聚乙二醇，砂主要由1500#SiC顆粒組成。砂漿原本不含水，但聚乙二醇吸水能力強，使用過程中可能會含有約1.5重量％的水，所述砂懸浮分散在切割液中。切割液主要起懸浮分散SiC，并冷卻切割過程產生的熱量并潤滑硅片的作用。

在本發明中，所述線切割機包括走線系統、進給系統、砂漿系統和控制系統。其中，所述走線系統主要包括放線室、收線室、導輪和大小滑輪，結構線從放線室引出，經大小滑輪到達導輪各槽組成切割線網后經滑輪返回收線室；所述進給系統包括工件平臺，其負載待加工切割的晶棒按工藝程序進給下壓至上述切割線網以實現晶體硅的切割；所述砂漿系統從砂漿缸抽取在線砂漿，所述在線砂漿通過冷熱交換器達到工藝要求溫度、流量后經噴嘴均勻噴灑到線網上，起到切割硅棒、潤滑降溫作用，再從切割室回流到砂漿缸；所述控制系統主要完成走線、砂漿和進給系統等的自動控制，以達到按工藝全自動切割目的。

根據本發明的一個實施方式，步驟(1)中，優選地，作為硅片切割液的聚乙二醇的粘度為45-50mPa·s，碳化硅顆粒的粒度為1500#，即D₅₀為9.8-10.5μm，所述在線砂漿的砂液質量比(即，碳化硅顆粒與聚乙二醇的質量比)為1.02。

所述在線砂漿可采用75-85重量％的再生砂漿和25-15％重量％的新砂漿來制備。其中，所述再生砂漿為通過回收系統回收分離的廢舊砂漿，密度為

1.660-1.675kg/L，粘度為220-240mpa·s，所述新砂漿為新配制的砂漿，其密度為1.660-1.675kg/L，粘度為220-240mpa·s，二者混合后的砂漿即為步驟(1)所用的在線砂漿。

優選地，配制所述再生砂漿和所述新砂漿所用的切割液(聚乙二醇)可包含0-100重量％的回收液(回收系統回收分離的聚乙二醇)，剩余的可為新切割液。其中，所述回收液是從廢砂漿中壓濾、凈化處理，檢驗合格的液體。

優選地，所述結構線具有近似垂直正弦波型且鍍有抗氧化層的結構線。

根據本發明的一個實施方式，步驟(3)中，所述結構線的母線的直徑為0.115±0.005mm，優選0.110mm或0.115mm，所述砂漿更換系數為依切割硅棒長度核算對應砂漿的換算系數，便于生產實際操作

根據本發明的一個實施方式，步驟(3)中，晶體硅切割的具體過程為：將晶體硅塊粘在光伏玻璃上，然后固定在線切割機進給臺上，將結構線依序纏繞至切割機的導輪上(設定、確認各項工藝參數達標)，啟動線切割機(按工藝程序)進行切割直到結束。切割結束后提棒，提升速度為50-100mm/min，待硅棒完全脫離線網后用專用下棒車將硅棒取下，放在下棒推車上，轉至清洗車間進行清洗處理。

其中，在提棒過程中如遇結構線的線網夾線，可以0.01-0.03m/s的線速走線或剪開線網完成提棒。

其中，切割結束后還需確認硅塊是否切透，如未切透則打開砂漿循環繼續進行自動切割，直至確認硅塊倒角完全被切透，確認切透后再操作提棒作業。其中，所述倒角的目的在于降低制程、下游電池工序的碎片率，故多晶錠開方后需對四條楞進行倒角處理。

其中，所述線切割機開機進行熱機5-10分鐘后，點檢各項參數指標正常時，進行切割。

[有益效果]

本發明因其具有較強的帶砂能力，切割多晶硅塊過程中能降低切割產生的硬質點線痕1.0％-1.5％，同時減少雜質斷線。

本發明在提升切片產能的同時，降低了砂漿單耗，即同等產能下能夠降低廢水的化學需氧量(COD)，能耗同時也大大降低，比直鋼線切割更環保、高效。

與金剛石線切割相比，結構鋼線切割的硅片可正常制絨，不影響下游電池片生產正常開展，同時避免了如利用金剛石線切割的硅片遇斷線時線網瞬間崩斷抽打硅片引起大面積線痕硅落或崩缺的弊端，其硬質點線痕、TTV、切割線痕等各項切割核心指標還優于傳統直鋼線切割的硅片(如下表所示)，從而切割合格率可提升3％以上。

其中，A％表示一等品的合格率，A+B％表示一等品和等外品的合格率，等外品即二等品，比一等略差，價格通常低于一等品，TTV％表示總厚度偏差率。

附圖說明

圖1示意性圖示了根據本發明的一個實施方式的結構線的示意圖。

圖2示意性圖示了根據本發明的一個實施方式的加工后的導輪槽型微觀檢測圖。

具體實施方式

下文中，將參照附圖和具體實施例來描述本發明，但應當注意的是，本發明所提供的附圖和實施例僅用作示例說明，而非旨在限制本發明的技術精神和核心元素和操作。在不脫離本發明的技術精神和范圍的前提下，本發明的示例性實施例可作出各種形式的改變。

根據本發明，提供了一種晶體硅的結構線切割方法，所述方法通過線切割機進行，并包括以下步驟

(1)在線砂漿的配制

將作為切割液的低粘度聚乙二醇與碳化硅顆粒混合以制得混合砂漿，為保證切割效果，所述在線砂漿的密度需控制在1.660-1.675kg/L，粘度需控制在220-260mPa·s。

(2)導輪加工

根據最終制造的晶體硅片厚度，依據結構線直徑、自身磨損、波形的衰減、在線砂漿所含SiC的D₅₀值和線網長度等綜合確定導輪的槽距、槽深和夾角等參數，例如，槽距＝片厚+線徑+(3～4)*D₅₀，并且槽距補償和鋼線磨損量相當，均為約7-10μm。結構線的導輪需采用大角度、淺槽深開槽，具體地，根據本發明的導輪的槽夾角為70-80°，槽深為190±10μm，槽距補償為7-17μm，且為V或U型槽。例如，圖2所示為根據本發明的一個實施方式的采用0.115mm結構線\1500#SiC，且最終制造的晶體硅片厚度為190μm的導輪槽型微觀檢測圖，其槽夾角為78.917°，槽深為180.5964μm，槽距為344.3931μm。

(3)晶體硅切割

設定工藝參數：結構線的速度為9.5-15m/s，張力為R/L：25-20N/18-24N，其中，所述張力依結構線的線徑粗細進行選擇，通常線徑越細張力越低。工作臺進給速度(即待切割晶體硅的進給速度)為0.255-0.500mm/min，在線砂漿的流量為110-150kg/min，在線砂漿的溫度為17-23℃。在切割前依硅塊有效切割長度和砂漿更換系數添加砂漿，即砂漿添加量＝有效切割長度×砂漿更換系數，其中所述砂漿更換系數為0.3-0.4kg在線砂漿/mm，所述有效切割長度(單位mm)大于等于線網長度，如一次加工棒有效總長度1010mm，但因分線網等導致線網實際長度可能只有1000mm。

在本發明中，術語“結構線”是指以傳統直鋼線為母線，通過預變形器在直鋼線表面形成近似垂直正弦波的均勻、穩定的波形結構，從而提高其帶砂能力的切割線。結構線的結構示意如圖1所示。

其中，本發明所用的結構線為鍍有抗氧化層(例如，鍍Cu合金)的結構線，所述結構線可在不增加設備投入的前提下，通過優化切割工藝，縮短工藝耗時，在普通直鋼線的基礎上提升20％-30％的切片產能。

此外，相比直鋼線切割，本發明可降低砂漿單耗10％-20％，同時能更好的利用在線砂漿的回收系統，延長回收系統的置換周期，普通鋼線對在線砂漿的圓度要求苛刻，結構線因其帶砂能力強，對砂漿的品質要求相對較低，即，可在降低切割輔料成本的情況下，同時提升硅片切割品質。

根據本發明的一個實施方式，步驟(1)中作為硅片切割液的聚乙二醇的粘度為45-50mPa·s，碳化硅顆粒的粒度為1500#，所述在線砂漿的砂液的質量比為1.02。

此外，步驟(1)中的在線砂漿可采用75-85重量％的再生砂漿和25-15重量％的新砂漿來制備。其中，所述再生砂漿為回收系統離心分離的廢舊砂漿，其密度為1.660-1.675kg/L，粘度為220-240mpa·s，所述新砂漿為配制的全新砂漿，其密度為1.660-1.675kg/L，粘度為220-240mpa·s，二者混合后的砂漿即為步驟(1)所用的在線砂漿，配制所述再生砂漿和所述新砂漿所用的切割液可包含0-100重量％的回收系統離心分離的回收液，剩余的可為新切割液。

根據本發明的一個實施方式，步驟(3)中，設定在線砂漿量的更換為：單刀砂漿的更換量＝硅塊有效切割長度×砂漿更換系數，其中，單刀砂漿為機器每加工一個周期的晶體硅晶磚所需砂漿量，砂漿更換系數為0.3-0.4kg在線砂漿/mm。此外，切割過程中流回砂漿缸(切割機的一部分，用于盛裝砂漿，切割過程從缸底抽取砂漿噴到線網上，而后砂漿歸集到切割室，最終流回底倉的砂漿缸)底的砂漿溫度應控制在55℃以下，否則需及時清洗熱交換器、調整切割工藝控制溫度。

此外，步驟(3)中，所述切割的具體過程為：先將光伏玻璃粘在導軌上固定，再將打磨合格的晶磚粘在玻璃上固定，接著將粘有晶磚的導軌安裝到切片機的進給臺上，將結構線依序纏繞至切割機的導輪上，設定、確認各項工藝參數達標，啟動切割，負載晶磚的工作臺按工藝程序切割直到結束。切割結束后提棒(即提升切好的硅片)，提升速度為50-100mm/min，待硅棒完全脫離線網后用專用下棒車將硅棒取下、放在下棒推車上，轉至清洗車間進行脫膠清洗處理。

其中，切割機開機進行熱機5-10分鐘后，點檢各項參數指標正常時，進行切割。

其中，在提棒過程中如遇結構線網被硅片夾線，可輔助以0.01-0.03m/s的線速走線或剪開線網完成提棒，確保最終制得的硅片萬無一失。

其中，切割結束后還需確認硅塊是否切透，如未切透則打開砂漿循環繼續進行自動切割，直至確認硅塊倒角完全被切透，確認切透后再提棒，其中，所述倒角的意義在于為減少下游電池組件生產時硅片的碎裂，需要對晶磚四個角進行倒角處理，即打磨圓點，俗稱倒角。

實施例

以下實施例中，所用結構線為市售普通結構鋼線，如貝爾卡特、青島曉星、高麗制鋼、寶鋼等廠家所產結構線。

實施例1

按以下步驟來生產晶體硅片。

(1)配制新砂漿：將聚乙二醇(粘度45mPa·s與新的1500#碳化硅顆粒以1.02的砂液質量比混合制得新砂漿，所述新砂漿的密度為1.675kg/L，粘度為240mpa·s；

(2)配制再生砂漿：將廢砂漿經離心分離裝置將其中細粉顆粒去除，對廢液進行壓濾凈化處理，再將處理后的砂液混合調制成密度約1.675Kg/L的再生砂漿，因其處理過程基本是物理方法，液體的粘度(240mPa·s)基本維持不變。

(3)配制在線砂漿：取20％重量比新砂漿+80％重量比再生砂漿混合攪拌均勻待用，確保密度在1.675kg/L，粘度為240mPa·s。

(4)加工導輪：以槽夾角為75±5°，槽深為190±10μm，槽距補償為7μm以及V型槽的開槽工藝加工線切割機的導輪；

(5)晶體硅切割：

將1100mm光伏玻璃粘接在導軌上固定，再將1020mm長的晶體硅晶磚粘在玻璃上固定后(約4小時以上)，接著將導軌安裝到線切割機的進給臺上；將0.115mm線徑的結構線從放線輪經滑輪布滿槽距為0.347mm的導輪，再經滑輪到收線輪上。

切割機開機進行熱機5分鐘，設定結構線的速度為13.5m/s，張力為R/L：22N/18N，待切割晶體硅的進給速度為0.25-0.49mm/min(均速0.45/mm)，在線砂漿的流量為130kg/min，溫度為19-21℃，以及砂漿更換系數為0.353kg在線砂漿/mm。

添加360kg在線砂漿，按機器操作規程點檢工藝參數合格后開啟自動切割模式直到結束。切割結束后提棒，提升速度為50-100mm/min，待硅棒完全脫離線網后用專用下棒車將硅棒取下、放在下棒推車上，轉至清洗車間進行脫膠清洗處理，然后送到檢驗工序，經自動分選機按設定檢驗標準菜單分選判定各等級歸屬。

其中，所用結構線為高麗制鋼公司所產0.115mm結構線，編號D16221423；新砂為浩博新材所產，編號XSYZRD20140914；切割液為奧克所產，編號16207319A07A。

對比實施例1

直鋼線切割采用普通鋼線而非結構線，并且除了以下具有明顯差異的參數之外，以與實施例1基本相同的方式進行切割。

(1)直鋼線所用在線砂漿中新砂漿和再生砂漿重量占比同結構線，但砂漿的密度為1.675kg/L，粘度為240mPa·s，砂漿更換系數為0.5Kg/mm；

(2)加工導輪：以槽夾角為45±5°，槽深為200±10μm，槽距補償為10μm以及V型槽的開槽工藝加工線切割機的導輪；

(3)設定直鋼線的平均速度為13.3m/s，張力為R/L：24N/22N，待切割晶體硅的進給速度為0.25-0.38mm/min(均速0.35mm/min)，在線砂漿的流量為140kg/min，溫度為17-20℃且砂漿更換系數為0.40kg在線砂漿/mm。

其中，所用直鋼線為貝爾卡特公司所產0.115mm結構線，編號1015630845；新砂為浩博新材所產，編號XSYZRD20140914；切割液為奧克所產，編號16207319A07A。

相比于對比實施例1的直鋼線切割，根據本發明實施例1的結構線所切硅片合格率約高3％(整體合格率可達93％)，主要是其帶砂能力好，對鑄錠過程產生的硬質點破碎能力強，即硬質點線痕可下降約1.1％，切割線痕、崩邊和TTV等可降低約2％，其余硅片電性能、尺寸等參數一致。除品質優勢外，結構線加工時間比直鋼線快20-30％，可極大提升現有機臺產能，提高公司盈利能力。