硅片多晶硅切割工艺及流程文档格式.docx

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硅片的质量直接影响了太阳电池的光电转换效率。

本文介绍了光伏产业的发展现状及趋势，对多线切割、硅片切割机的工作原理及结构进行了大概的介绍，详细阐述了硅片切割工艺及流程，并对切片切割操作中遇到的问题及解决方案作了详尽的论述。

关键词：

多线切割；

wafer（polycrystalline）cuttingtechnologyandflow

Abstract

∙Astheshortageofenergyandthepollutionofenvironment,itisatrenduserenewableandnon-pollutionenergynowadays,thedevelopmentanduseofsolarenergyisbecomingmorevaluedbypeople.Ascaleuseofthesunshineismainusetogenerateelectricity。

Nowadaysthemainwaytousesolartogenerateelectricityistranslatelighttoelectricity.Itsbasicprincipleisusephotovoltaiceffecttosolarradiationenergytoelectricimmediate.Itsfoundationapplianceissolarcell.Solarcellisasystemmakeofsiliconwafers.Thequalityofsiliconwaferinfluencesthephotoelectricconversionefficiencyofsolarimmediate.

ThispassageintroducedthecurrentsituationandtrendofPhotovoltaicIndustry.Wehaveageneralintroduceofmultiwirecutting,theoperatingprincipleandthestructureofsiliconwaferslitter.Alsoitincludedtheexpoundsiliconwafercuttingandtechnologicalprocessindetail.Atlast,wehaveadetailexpoundoftheproblemsandsolveprojectwhilecuttingsiliconwafersandsolveproject.

.

Keywords:

multiwirecutting;

1.3未来的发展趋势及展望.................................................................................1

2.3中国太阳能硅片线切割设备国产化的现状和趋势....................................3

4.1.1主要参数..............................................................................................11

4.1.2切割液的（PEG）粘度............................................................................11

4.1.3碳化硅微粉的粒型及粒度..................................................................12

4.1.4砂浆的粘度..........................................................................................12

4.1.5砂浆的流量..........................................................................................12

4.1.6钢线的速度..........................................................................................12

4.1.7钢线的张力..........................................................................................12

4.1.8工件的进给速度..................................................................................12

4.2.1hctb6切片机开机准备..........................................................................10

4.2.2切割准备..............................................................................................10

4.2.3取片......................................................................................................10

4.2.4安装放线轮..........................................................................................10

4.2.5布线网..................................................................................................10

4.2.6选取硅块

4.2.5装硅块、切片......................................................................................10

第1章光伏产业的发展现状及趋势

1．1国际光伏产业现状

全球太阳能光伏产业发展现状

CSIA最新研究报告称，目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。

单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，但其生产成本较高，技术要求高；

多晶硅电池成本相对较低，技术成熟，但光电转换效率相对较低；

而薄膜电池成本低，发光效率高，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。

随着技术的进步，未来薄膜电池会有更好的发展前景。

图12009年全球太阳能电池市场产品结构（按销售量）

在各国政府的大力支持下，太阳能光伏产业得到了快速的发展。

2006年至2009年，太阳能光伏电池产量的年均增长率为60%。

由于受到2008年金融危机的影响，2009年前两个季度光伏电池产量的增长速度有所放缓，但随着2009年下半年市场需求的复苏，2009年全年的太阳能电池产量达到了10431MW，比2008年增长42.5%。

图222006—2009年全球太阳能电池产量

目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的11—18倍，因此目前各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴，政府的补贴规模决定着本国的光伏产业的发展规模。

目前在政府的补贴力度上，以德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家的支持力度最大。

2008年，西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策，使其国内光伏产业出现了爆发式发展的态势，一度占据了世界光伏电池产量的三分之一强。

2009年德国光伏组件安装量高达3200MW，占全球总安装量的50.4%。

2.2国内光伏产业现状

一、我国太阳能光伏产业基本情况

　　1、太阳能制造大国

　　中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。

太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。

中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。

太阳电池及组件产量逐年稳步增加。

经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。

在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。

　　到2008年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到140MW，从事光伏组件生产的企业近400家。

而2008年我国的光伏产能首次超过德国，位居世界第一。

2008年全世界太阳能电池总产量达6850MW，我国太阳能电池总产量达1780MW，占全球总量的26%。

其中，国内太阳能电池龙头厂无锡尚德2008年产量约为500MW，排名全球第三，而天威英利产出281.5MW，天合光能产出约200MW。

而从市场占有率来看，中国太阳能电池厂商（包括台湾省）的市场占有率逐年提升，2007年中国太阳能电池厂商市场占有率由2006年的20%提升至35%，2008年则更进一步，大幅提升至44%，连续两年成为世界第一。

2008年台湾茂迪光伏电池产量在270~280MWp之间。

　　从企业发展看，目前全国涉及太阳能的生产企业已达3000多家，有500多家光伏企业和研发单位，其中多晶硅材料企业近20家，从业人员超过10万人。

我国已有11家境外上市和12家国内上市光伏企业。

　　而在光伏设备领域，2008年我国太阳能电池设备总销售额达17.66亿元，增长迅速。

其中，太阳能级硅单晶生长和加工设备销售额达12.26亿元，占太阳能电池设备销售收入的69.4%；

太阳能电池芯片制造设备销售额为5.4亿元。

　　2、产业呈区域式竞争格局

　　目前，我国光伏产业经过爆炸式发展，产业规模不断扩大，已初步形成环渤海、长三角、珠三角、中部地区和西部地区五大板块。

长三角以江苏为产业增长极，主打中下游的光伏电池及组件生产，产业规模占全国一半；

环渤海以河北为核心，主打上游材料生产加工，产业规模居第二，主要聚集区为邢台宁晋、保定和廊坊；

珠三角以深圳为核心，主打下游应用产品生产；

中部地区主要是江西、湖北、湖南；

西部地区主要是四川、内蒙古、青海、陕西等省，重点利用、矿产等优势，主打上游多晶硅原料生产，可提供全国10%的原料。

　　总体上看，我国光伏产业正处在产业重组和战略布局阶段，目前国内有28个省市都把光伏产业作为新的主导产业和产业结构调整的重点，面临着巨大的产业整合压力。

　　从我国光伏产业聚集格局变化趋势看，环渤海、长三角、珠三角和中西部地区已形成了多个覆盖光伏产业链的制造企业集群，未来将有可能逐步形成五大光伏产业集聚地。

　　而在各省市当中，2008年江苏省太阳能电池产量占全国总产量的份额高达70%，成为名副其实的太阳能第一大省。

截止2008年，江苏省已经有无锡尚德、常州天合、南京中电等6家海外上市光伏企业，其中，5家进入世界前20强，另外还有280多家为光伏上市企业、骨干企业进行配套的特色企业，已经形成了完整的光伏产业链条。

　　二、我国太阳能光伏产业存在的问题

　　1、产业结构畸形：

两头在外

　　尽管过去几年，我国太阳能光伏产业发展迅速，但是仍然没有改变“两头在外”的畸形产业机构。

2008年我国光伏系统安装量为40MW，占全球总安装量的比例仅为0.73%。

而在2007年我国光伏系统安装量为20MW，占全球总安装量的比例为0.8%。

而传统光伏大国德国2008年的光伏系统安装量1500MW，占全球总安装量的比例达到27.27%；

欧洲另一光伏大国西班牙的安装量则达到2511MW，占全球总安装量的比例则高达45.65%。

　　与我国光伏系统安装量极少相对应的是，近年来我国光伏产品的产量已经稳居世界头把交椅。

据中投顾问最新发布的《2009-2012年中国太阳能电池行业投资分析及前景预测报告》显示，2008年我国光伏电池产量达1.78GW，占全球总量的26%。

终端市场在外且主要其中在欧洲，已经使得我国光伏制造厂商在金融危机中遭遇到了极大地打击。

　　与终端市场相对应的是，上游的多晶硅产业的提纯核心技术主要掌握在国外七大厂商手中，包括美国的Hemlock，挪威的REC、美国的MEMC、日本的Tokuyama、MitsubishiMaterial和SumitomoTitanium。

他们垄断了全球的多晶硅料供应，获得了太阳能产业最丰厚的利润。

　　2、暴利不再难阻多晶硅投资狂潮

　　2006年以来我国多晶硅项目累计投资已达440亿元，而且这种趋势还有愈演愈烈的倾向。

国内两大光伏龙头企业天威保变、江西赛维累计8000吨的多晶硅项目正在建设。

　　从2006年下半年开始，多晶硅概念在国内逐渐升温，许多上市企业纷纷涉足其中。

A股中投资多晶硅的企业包括南玻A、川投能源、天威保变、特变电工、江苏阳光、乐山电力、岷江水电、通威股份、航天机电、桂东电力、银星能源等十余家。

2008年虽然遭遇经济危机，但很多企业仍然逆市扩产。

2008年11月底，江苏顺大一期1500吨多晶硅项目正式投产；

12月底江苏阳光一期1500吨项目、南玻A1500吨生产线分别投产；

2009年1月亚洲硅业1500吨生产线举行投产仪式；

2009年4月江苏中能13500吨产能将全部投产。

　　另外，目前我国在建项目多晶硅项目总数逾20个，总投资额逾700亿。

其中，在建最大的项目为南京大陆投资集团、美国PPP、SCC、西图等公司共同投资建设托克托县多晶硅项目，总投资180亿元，建设规模为年产多晶硅18000吨。

而云南爱硅信科技有限公司总规划10000吨/年多晶硅项目，总投资也逾100亿元。

最新开工的项目则由山东晟朗能源科技有限公司2009年4月18日投资兴建，首期投资11亿，总投资达90亿。

　　在国内企业不断掀起的多晶硅投资热潮中，2009年国际多晶硅远期合同加权平均价格比2008年下跌30%至107美元/公斤，现货价格则在2009年5月已跌至60-70美元/公斤。

国内的多晶硅成本普遍在每公斤50美元至70美元，个别没有闭环式生产的公司，成本高达每公斤100美元。

这也就意味着，国内多晶硅企业的利润已经相当微薄，甚至出现亏损经营的状况。

　　3、原料产地对多晶硅价格没有发言权

　　长期以来，多晶硅产业的“弱势”始终困扰着我国光伏产业，最大的原因就是无法突破国际大厂的技术壁垒而导致成本高企。

但是国内多晶硅产业并非没有优势，这种优势就在于多晶硅上游原料冶金硅80%的主要产地来自于我国。

　　中投顾问最新发布的《2009-2012年中国金属硅市场投资分析及前景预测报告》显示，我国是全球主要的金属硅产地，2007年中国金属硅总产量为95-100万吨，而2006年中国金属硅总产量为75-80万吨。

进入21世纪以来，中国的工业硅生产和出口一直保持着较快的增长速度。

2001年中国出口工业硅32.24万吨，2002年为38.74万吨，2003年达到47.90万吨，2004年突破50万吨，达到54.51万吨，2005年与2004年基本持平，为53.61万吨。

但2006年达到61.4万吨，比2005年增长了14.6%；

2007年上半年又比2006年同期增长了16.3%，2007年全年出口工业硅达到69.8万吨，比2006年增长了13.8%。

2008年1-3月份中国金属硅生产量在200000-250000吨左右，国内消费量在35000-85000吨左右，其余全部出口。

　　我国多晶硅产业同样拥有巨大的资源优势，但不但没有把优势转化为胜势，反而完全受制于国际大厂。

根本原因在于没有形成类似于铁矿石领域的“三巨头”那样的规模化优势，而是一些中小企业各自为战，且存在恶性竞争。

　　4、政策拉动效应有限

　　到目前为止，国内甚至全球光伏产业都还是明显的“政策市”阶段，，从国外光伏产业的发展经验来看，在政府出台相关财政补贴或电价上网政策后，行业基本都出现了爆发性的增长，比如德国、西班牙等。

　　2004年德国政府启动上网电价法，即著名的EEG法案，导致德国光伏安装量激增，最初的上网电价为3倍的零售电价或者8倍的工业电价。

光伏系统在安装后的20年内固定价格，但推迟一年，固定价格下调一定的比率。

德国现行的太阳能补助案是在2008年由该国下议院正式宣读后定案。

目前的太阳能年度收购电价税率（Feed-inTariffs）由2008年以前年降幅5%，改成2009、2010年降8%、2011年降9%；

地面装配系统（Ground-mountedsystem）从2008年降6.5%，改成2009~2010年降10%。

新法规已在2009年1月1日生效。

　　2004年西班牙开始实施“皇家太阳能计划”。

2006年进行了修改，该计划提出了购电补偿法，对发电量小于100kWp（千瓦能）的光伏系统，实行按0.44EUD/kWh的价格（为平均电价的5.75倍），有效期为25年，25年后购电价格变为平均电价的4.6倍。

对大于100kWp的光伏发电系统，则采用0.23EU/kWh的价格（平均电价的3倍）。

　　以上政策对于德国、西班牙的光伏产业发展起到了至关重要的作用。

而我国在2007年以前光伏产业的政策基本上是空白一片。

2007年《可再生能源中长期发展规划》的出台作用也是相当有限。

进入2009年之后，我国政府相继出台了“太阳能屋顶计划”、“金太阳工程”等政策，但中投顾问能源行业首席研究员姜谦认为，姜谦指出，光伏产业要正常发展，最重要的还是解决上网电价的问题。

也就是说，发出来的电电网公司有积极性去购买，终端用户乐意去用才是最关键的因素。

德国、西班牙等国的财政补贴正是从此处下手，才使得光伏行业出现了爆发性的增长。

而我国三部门此次联合颁发的“金太阳工程”，补贴的重点则是集中在安装侧，并未解决上网电价这一实质性问题。

仅从这一层面上看，“金太阳工程”开启光伏产业井喷时代就难言乐观。

3.3未来的发展趋势及展望

1、我国光伏产业吸引世界目光

　　伴随着太阳能投资热潮在中国的兴起，中国的太阳能产业已经成为全球瞩目的焦点。

著名投资银行拉扎德资本预计，2011年前中国太阳能产业规模能达到1-1.5GW。

2012年前该行业规模将达到2GW，2020年前则会达到20GW。

另外，预计我国太阳能光伏行业有望吸引逾100亿美元的私人投资，并有助中国未来三年成为全球主要的太阳能设备市场。

　　姜谦认为，虽然到目前为止全球太阳能产业的终端市场仍然集中在欧洲，但随着金融危机后各国太阳能政策的转变，中国等新兴市场有望取代西班牙、德国成为全球太阳能产业的主要增长点。

　　2009年6月24日浙江温州大展国际贸易有限公司“牵手”沙特阿拉伯巴格山集团，巴格山将以资金入股在温州投资太阳能项目，该项目总投资5.3亿元。

6月22日江苏响水县与美国新能源技术公司签订太阳能光伏产业基地项目协议书。

该项目一年内建成一条生产线，年产1000吨多晶硅，三年内建成7条生产线，年产7000吨多晶硅，总投资约50亿元，六年内投资完成光伏产业基地，将发展成“多晶硅—硅锭—硅片—光伏电池—组件”完整的太阳能光伏产业链。

6月16日四川甘孜州政府与西班牙维拉米尔集团在西班牙正式签订协议，总投资8.2亿欧元的硅产业合作项目落户康定。

　　姜谦指出，短短几天之内，多家国际企业纷纷选择投资光伏产业，这并非偶然。

说明在我国政府强有力的政策引导下，我国的光伏产业不仅让国内企业看到了机遇，而且可以毫不夸张地说，中国的太阳能光伏产业已经吸引了世界的目光。

姜谦同时认为，以上国际企业的入主应该只是一个开端，未来应该会有更多的海外资本选择涉足中国太阳能光伏产业。

这不管是对国内光伏产业来说，还是对我国的整个能源产业来说，都是一个巨大的机遇。

　　虽然说我国光伏产业的前景一片广阔，但是发展历程并不会一帆风顺。

一个新兴产业的快速发展，前提必须是涉及产业链上中下游的相关行业同步发展。

而这种发展已不仅仅是简单的产能获得提升，更重要的是在掌握核心技术前提下的国际竞争力的提升。

如果说先前的终端市场集中在海外是国内光伏制造企业发展的最大瓶颈的话，那么后金融危机时代，内需市场逐步开启的情况下，国内企业却将面临因成本高企而导致产品缺乏竞争力的尴尬。

若国内厂商不尽快在技术领域寻求突破，那么，未来受影响的将不止单个企业的利益，整个国内光伏产业的发展或许都会受到国际巨头的牵制。

第二章硅片（多线）切割机

2.1 

多线切割技术的发展历史

人类历史上的线切割历史：

公元前2000年：

古埃及人用混合了水和沙的绳子切割石头

公元19世纪：

意大利人用缆绳切割大理石

公元20世纪20年代：

第一次有人申请了用绳切割约一英寸厚的大尺寸大理石片的专利

公元20世纪60年代：

第一次出现用线的往复运动来切割水晶片

公元20世纪70年代：

利用线的往复运动来切割1-2英寸的硅片

在上世纪80年代以前，人们在切割超硬材料的时候一般采用涂有金刚石粉的内圆切割机进行切割。

然而随着半导体行业的飞速发展，人们对已有的生产效率难以满足，同时由于内圆切割的材料损失非常大，在半导体行业成本的摩尔定律作用下，人们对于降低切割成本、提高效率的要求越来越高。

多线切割技术因此而逐步发展起来。

2.2硅片（多线）切割机的基本介绍

多线切割机

多线切割是一种通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆材料一次同时切割为数百片薄片的一种新型切割加工方法。

数控多线切割机已逐渐取代了传统的内圆切割，成为硅片切割加工的主要方式。

　　基于高精度高速低耗切割控制关键技术研发的高精度数控多线高速切割机床，可全面实现对半导体材料及各种硬脆材料的高精度、高速度、低损耗切割，填补了国内空白；

成果具有多项自主知识产权，整体技术达到国际先进水平，其中切割线的张力控制技术、收放线电机和主电机的同步技术居于国际领先水平。

硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料。

硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术，它不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式，也不同于先进的激光切割和内圆切割，它的原理是通过一根高速运动的钢