光伏单晶硅切割片断裂强度的仿真分析与实验研究

单晶硅被广泛应用于光伏行业,随着切片加工厚度的逐步减小和锯丝的细径化,切片过程中存在的黏附等现象导致单晶硅切割片发生弯曲甚至断裂,进而引起破片率的提高,对光伏太阳能电池的成本造成较大影响。本工作针对光伏单晶硅片切割加工过程,采用三轴弯曲实验,测量并分析硅片的断裂强度及相应的破片率,利用有限元方法建立硅切割片断裂强度的三维仿真分析模型。研究结果表明:硅切割片断裂强度分散性大,平均断裂强度为97.7 MPa;硅切割片的弯曲刚度随着厚度减小而降低,平均弯曲刚度为441.2 N/m,当厚度规格为60μm时,弯曲刚度最低,达103.5 N/m;硅切割片的破片率范围随着厚度的减小而增大,60μm厚度的切割片破片率范围最大,为0.6%~99.9%。仿真与实验结果基本一致,表明仿真模型及方法适用于光伏单晶硅切割片的断裂强度和破片率的模拟分析。

钼铁冶炼烟灰压块熔炼工艺探析及生产实践

结合冶炼烟灰回炉熔炼钼铁技术现状分析,研究冶炼烟灰的粘结剂配比、混料机转速、压块机压力等3个因素对压块的影响,并开展相关压块配方正交试验及其熔炼工艺试验。试验结果表明:利用烟灰压块配料冶炼钼铁反应气氛稳定,渣铁分离良好,能提升钼铁产能、回收率等技术经济指标,降低冶炼辅料成本,具有工业推广应用价值。

线锯切片技术及其在碳化硅晶圆加工中的应用

作为制备半导体晶圆的重要工序,线锯切片对半导体晶圆的质量具有至关重要的影响。本文以发展最成熟的硅材料为例,介绍了线锯切片技术的基本理论,特别介绍了线锯切片技术的力学模型和材料去除机理,并讨论了线锯制造技术及切片工艺对材料的影响。在此基础上,综述了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工中的应用和技术进展,并分析了线锯切片技术对碳化硅晶体表面质量和损伤层的影响。最后,本文指出了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工领域面临的挑战与未来的发展方向。

太阳能硅片制造方法研究现状

太阳能硅片的制造工艺主要包括硅片的切割以及绒面制备两部分。本文介绍了外圆切割、内圆切割、多线切割及电火花线切割4种硅片的切割方法,综述了碱腐蚀、酸腐蚀、电化学腐蚀等9种制绒工艺,并分析其适用范围和特点。提出随着太阳能技术的应用需求不断扩大和晶体硅原材料供应的短缺,大尺寸超薄硅片切割技术的发展趋势将日益明显。最后指出了电火花电解复合线切割具有切割与制绒一体化的特点,是硅片制造方法的一个发展趋势。

化学蚀刻单晶硅及其表面形貌研究

采用酸碱两种不同的化学蚀刻液对单晶硅表面进行蚀刻,通过扫描电镜(SEM)对其形貌进行了表征,考察了蚀刻液浓度、蚀刻时间及温度对表面形貌的影响。结果表明,在HNO3+HF溶液中,20℃时用2.81mol/L HF+18.81mol/L HNO3反应5m in或2.67mol/L HF+17.85mol/LHNO3反应15min,制得了硅片表面腐蚀坑大小适中、分布均匀的多孔状表面;在KOH水溶液中,50℃时在33%的KOH水溶液中反应10min获得了表面积大、分布均匀的绒状表面。

硅晶体精密切片技术及相关基础研究

分析了目前硅晶体切片技术的特点和现状,综述了相关基础研究,指出了未来的发展趋势和研究热点。

异丙醇溶液对单晶硅太阳能电池表面织构化的影响

对晶向为（100）的p型单晶硅片进行表面刻蚀,制作减反射绒面.在质量分数为3%的氢氧化钠溶液中分别加入不同质量分数的异丙醇溶液,在温度为80℃、时间为40 min的条件下对单晶硅片进行刻蚀.实验结果显示,加入质量分数为8%的异丙醇溶液刻蚀的硅片表面形貌最好,在波长为700~900 nm范围内能够获得较低的反射率,最佳反射率为10.42%.保持实验条件不变,在氢氧化钠-异丙醇混合液中分别加入不同质量分数的碳酸钠溶液,对单晶硅片进行刻蚀.实验结果显示,加入质量分数为0.5%的碳酸钠溶液对制作绒面的反射率影响不大,加入质量分数为0.3%的碳酸钠溶液使制作绒面的反射率大大提高,不利于制作绒面的形成.

切削液对金刚石线锯切割单晶硅片质量的影响

选择4种切削液进行了电镀金刚石线锯切割单晶硅片的试验,研究了不同种类切削液对硅片的表面形貌、表面粗糙度、翘曲度和总厚度偏差的影响,分析了切削液对线锯切片过程的作用机理。研究结果表明,合成液对提高硅片的表面形貌质量,降低硅片的表面粗糙度、翘曲度和总厚度偏差的综合效果最好。

单晶硅各向异性对固结磨料线锯切片质量的影响

将线锯切割单晶硅的锯口形状近似为半圆槽,并将其理解为由许多平行于锯丝轴向的离散表面组成,建立了固结磨料线锯切割单晶硅模型。通过保持锯丝两边锯切材料去除率的对称性,在单晶硅的(100)、(110)和(111)三个晶面,选择不同的锯丝切入方向,从理论上分析了各向异性对线锯切割硅片质量的影响。分析得出:锯切(100)晶片和(110)晶片时,锯丝切入方向的改变不影响硅片表面质量;锯切(111)晶片时,选择[110]、[110]、[011]、[011]、[101]和[101]晶向进行锯切,可有效提高晶片的全局平面度,降低晶片表面法线偏移量,降低硅片翘曲度,提高硅片表面质量。实验验证了分析的正确性。

单晶硅化学蚀刻行为的研究

用HF+HNO3溶液蚀刻单晶硅表面,通过扫描电镜表征其形貌和厚度变化,研究了蚀刻液浓度、蚀刻时间及温度对单晶硅化学蚀刻行为的影响.结果表明,温度对蚀刻速率的影响较大,温度升高使表面蚀刻不均匀,厚度急剧减小;硅片的厚度及表面形貌在蚀刻液浓度大于2.0 mol/L时变化较显著;室温时用1.5 mol/L HF+HNO3蚀刻15 min获得了蚀坑大小适中(10μm^15μm)、分布均匀的多孔状表面.

用复合电镀法制造电镀金刚石锯丝的实验研究

固结磨料金刚石线锯切割技术有望在将来广泛地应用于硅晶体等硬脆材料的切割,而高性能的固结磨料金刚石锯丝的研制是此技术发展应用的关键。本文选用以瓦特液为基础的光亮镍镀液,采用复合电镀法试制了电镀金刚石锯丝,制定了锯丝的电镀工艺,分析了上砂电流密度和上砂时间对锯丝表面金刚石磨粒密度和镀层与基体间结合力的影响。结果表明,获得表面磨粒分布均匀、结合力良好的电镀金刚石锯丝的最佳电流密度范围为1.5 A/dm2~2.0 A/dm2,其预镀、上砂与加厚镀时间依次为6 min、8 min^10 min和18 min。

游离磨料线锯切片流体动压效应的数值分析

游离磨料线锯切割技术是目前单晶硅切片的主要加工方法。建立了游离磨料线锯切片过程中流体动压效应的数学模型,并采用有限差分法进行了数值分析,得到了游离磨料线锯切片的流体动压力分布和膜厚。结果表明,当磨粒尺寸较小时,锯丝与晶体间的膜厚大于磨粒尺寸,磨粒悬浮在研磨液中,因此研磨液中磨粒与晶体的碰撞将是材料去除的主要因素。

硅片精密切割多线锯研究进展

随着半导体行业的发展,尤其是太阳能电池对大直径硅片的需求不断增加,对硅片的切割精度要求越来越高。传统的外圆和内圆切割已经不能满足现有硅片大尺寸、小切缝、高质量和生产效率的要求。本文对大直径硅片精密切割中最常使用的多线锯切割进行介绍,对游离磨料多线锯的切割机理、浆料特性、切割工艺和固着磨料多线锯锯丝制造方法、切割工艺等方面的研究现状进行了综述。

电镀金刚石线锯制造及切割技术研究

介绍了几种电镀金刚石线锯的制造方法,并介绍了往复式和环形两种金刚石线锯切片方法的原理。对锯切硅片时各工艺参数对切片表面质量的影响规律进行了理论研究。适当提高锯丝的张紧力,在一定的变化范围内,采用高的锯丝速度和低的进给速度,可以获得好的切片表面质量。

硅晶体线锯切片损伤层厚度的有限元分析

根据测量的锯切力,求出线锯圆周上不同位置处磨粒所受力。将多个磨粒产生的法向力及切向力作用于三维有限元模型,考虑多磨粒的耦合作用,分析切割区的应力场,从而提出了硅晶体线锯切片的损伤层厚度分析模型,实验验证了该模型的正确性。该模型克服了损伤层厚度实验耗资大、费时、损害工件等缺点。同时分析得出,在恒压力进给条件下,随着线锯速度的增加,损伤层厚度略有减小。

钎焊金刚石线锯切割单晶硅时的材料去除机理研究

利用钎焊金刚石线锯,在恒进给速度的方式下对单晶硅材料进行切割加工,探讨切割参数对切割力及表面粗糙度的影响机制。建立了金刚石线锯的切割力模型,推导线锯横截面不同位置处金刚石磨粒的法向力与线锯总法向力之间的关系式,依据单晶硅材料的压痕断裂力学性能,探讨钎焊金刚石线锯切割单晶硅时线锯横截面不同位置金刚石磨粒去除材料的机理。分析表明,随着磨粒位置的变化,其法向力值经历了一个从最大值到零的变化过程,并存在脆塑性转变角,其值的大小决定了工件表面材料的去除方式。

单晶硅切片加工技术研究进展

单晶硅切片加工是集成电路产业和光伏产业的重要环节,其加工方式和加工质量直接影响到晶片的出片率、晶圆衬底和光伏太阳能电池板的生产成本。随着晶片尺寸的不断增大,线锯切片技术已成为目前单晶硅片的主流切片加工技术。为实现单晶硅片高效、精密、低裂纹损伤的切片加工,阐述了线锯切片技术的分类及其加工特点,总结了金刚石线锯切片加工机理的研究现状,探讨了对金刚石线锯切片加工过程的微观分析,概括了单晶硅切片加工引起的裂纹损伤及其抑制措施,指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势和面临的挑战。

熔融制样-X射线荧光光谱法测定工业硅中总硅、二氧化硅和其他杂质组分

将四硼酸锂内衬坩埚熔融制样方法应用于X射线荧光光谱法测定工业硅中总硅、二氧化硅和其他杂质组分(铝、铁、钙、镁、钛)。在熔融制样前,样品(1.000 0g)经直接灼烧(700～750℃)计算灼减量并除去样品中碳。称取上述灼烧后的样品0.200 0g,与碳酸锂1.700g和600g·L^(-1)硝酸铵溶液0.1～0.3mL混匀后移入四硼酸锂内衬坩埚中,于710～720℃预氧化10～12min。将此经预氧化的混合物及其内衬坩埚一起转移至预置有3.000g硼酸的铂金坩埚中,加入400g·L^(-1)溴化铵溶液0.1～0.4mL,于熔样机中静置熔融8min,摇动熔融12min,冷却,脱模后即得样品的玻璃片。选取测定元素的氧化物,按0.200 0g称样量模拟制备了5个校准样片,各组分的质量分数在一定范围内与其对应的X射线荧光强度呈线性关系,提出了样品中二氧化硅含量的计算公式。方法用于5个工业硅样品的分析,测定结果与湿法分析测定值相符。

低电阻率单晶硅电火花/电解复合切割加工表面完整性研究

电火花线切割加工方法被引入单晶硅加工技术领域,使低电阻率掺杂硅片的放电切割成为可能。以表面完整性作为突破口,采用基于复合工作液的高速走丝电火花电解复合切割方法,对低电阻率(0.01-1Ω.cm)单晶硅片的切割效率、表面质量和切割厚度等技术指标进行了试验研究。试验结果表明,通过合理选择电规准和工作液等相关工艺参数,最大切割效率可达600 mm2/min,切割厚度可小于120μm,与低速走丝电火花线切割加工相比显著减少表面热影响区和有害金属元素残余,为该项技术的进一步推广应用提供了重要的理论和实践参考依据。

单晶硅高速走丝电火花线切割试验研究

研究了基于复合工作液的高速走丝电火花线切割(W EDM-HS)对单晶硅切割的形貌特征及工艺规律。试验表明W EDM-HS对低电阻率单晶硅切割具有效率高、切缝窄、厚度薄且无明显表面微裂纹等特性,在硅表面放电凹坑内由于高温电解作用会形成密集、壁面光滑且高深径比的微孔洞结构。该工艺将在宏观方面为单晶硅大尺寸超薄高效切割,在微观方面为在单晶硅上加工出具有高深径比微孔洞结构提供研究思路。