面向酸制绒的金刚石线锯切割多晶硅片表面改性研究

摘要

多晶硅太阳能电池作为太阳能光伏应用的主要产品之一，其基底多晶硅片可以通过线锯切割的方式加工获得。早期，硅锭的切片方法大多采用游离磨料线锯切割。但是随着工业生产中硅片尺寸增大和对锯切效率的要求越来越高，游离磨料线锯受锯切能力限制而加工效率低的缺点日益突出。金刚石线锯切割技术的发展有效解决了这些问题，因而得到广泛应用。但是金刚石线切多晶硅片的表面形貌呈现出大量塑性线痕，表层存在非晶硅薄层，这种形貌特点不利于后续采用酸溶液对硅片制绒。为了解决金刚石线锯切割技术与常规酸制绒工艺不兼容的问题，本文主要研究内容如下:　　(1)提出在对金刚石线锯切割多晶硅片进行酸制绒之前对其表面采用湿法喷砂进行表面改性。通过理论分析与实验探究发现选取适当的加工参数对多晶硅切片表面进行湿法喷砂处理，能够有效去除其表面的线痕和非晶硅层，使硅片表面改性获得类似游离磨料线锯切割多晶硅片的表面特性。对采取优化工艺参数预处理后的多晶硅片进行酸制绒，硅片的反射率相较金刚石线锯切片大幅度下降，可以符合光伏电池的生产条件。　　(2)提出一种新型的涡轮式搅动砂浆的预处理工艺对金刚石线锯切割的多晶硅片表面进行改性，使其适配后续的传统湿法酸溶液刻蚀制绒工艺。通过实验探究合理的工艺参数与装置结构使多晶硅片经过涡轮式搅动砂浆处理后表面结构一致性能够得到有效改善。采取表面改性后的多晶硅片经酸溶液刻蚀后，多晶硅片表面的反射率有了明显的降低，能够满足太阳能光伏电池生产要求。并进一步基于ANSYS Workbench与FLUENT，对工业实际应用中的大尺寸硅片表面的预处理过程进行了数值模拟，对表面改性处理的均匀性进行了分析。　　(3)探究了一种新型固结.游离磨料复合线锯加工多晶硅片技术，以金刚石锯丝为主加工工具，在冷却润滑液中添加游离的SiC磨粒对硅片表面实施研磨作用。研究结果表明，选择恰当的SiC磨粒质量分数进行复合线锯加工获得的硅片表面不存在显著的线痕与塑性光滑区，硅片表面平行和垂直锯丝运动两个方向上的表面粗糙度和断裂强度趋于一致，硅片在不同方向上力学性能的各向异性显著降低，有利于降低碎片率。湿法酸刻蚀后的多晶硅片的反射率相较金刚石线锯切片大幅度下降，可以达到光伏组件的生产标准。

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