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  • 金刚线切割后的多晶技术在硅片端的发展方向

    金刚线切割后的多晶技术在硅片端的发展方向

    2016年至今,金刚线切割已经在多晶领域得到充分利用,目前国内几家大的切片公司几乎90%的多晶切片都是金刚线切割,但面对平价上网的大趋势,如何进一步发挥多晶电池的高性价比优势,增强多晶硅太阳电池路线的竞争力受到业界的普遍关注。保利协鑫科技管理部总经理汪晨博士在10月18日的中国光伏大会上基于保利协鑫金刚线切多晶硅片及湿法黑硅制绒进展,分析了金刚线切单晶/多晶硅片的发展变化及存在的问题,并根据多年从业经验从硅片端指出未来的技术走向。      金刚线切单晶/多晶硅片变化趋势从2011年单晶尝试使用金刚线切割开始,仅用了四年的时间,2015年底国内单晶产能几乎全部实现金刚线的应用。相比之下,多晶领域是在2012年开始研究金刚线的应用,直到2015年砂线机改造及切片才取得突破,为大规模应用奠定了基础;2016年结合添加剂/黑硅技术,金刚线切片产能渗透率大幅上升;汪晨博士做出预测,2018年全行业金刚线切多晶产能将达90%以上。      从汪晨博士对比的金刚线硅片和砂线硅片可以看出:切割损耗是大幅度降低的,同时切片的进始速度也是大幅提升,产能基本上翻了一倍。虽然切片良率金刚线偏低,但良率低并不意味着出片数低,从出片数看金刚线切割高于砂线,因为金刚线表面比较光滑,它切割的时候损伤率更浅,所以它的TTV和损伤层下降,加工成本方面两个相差0.25元/片,但实际上包含硅耗在内的垂直成本差距达0.5元/片以上。        金刚线的挑战         金刚线的应用虽然给光伏行业带来机遇与进步,但也面临着挑战。早期应用的金刚线线径是120μm,到目前为止多晶已经大规模应用70μm线径的金刚线。单晶方面,60μm、65μm线切的金刚线正在更快得推广,*终可达到60甚至55μm。在汪晨博士看来,多晶也会紧跟着把线径降低。对此,金刚线本身的发展方向是高圆度即良好的线外径等效圆度、高耐磨即良好的自锐性、高密度即更多、更均匀的金刚石颗粒、低线径即更低的切割损耗、低断线即更好的抗扭转耐疲劳性能。         硅片切片用金刚线有电镀线和树脂线,现阶段,电镀线占**统治地位。汪晨博士指出,后续树脂线可能会慢慢淡出,但树脂线也有机会通过技术改造降低与电镀线的差距,所以其不会完全被淘汰。           金刚线多晶片的酸制绒问题切割以后的多晶片在应用时主要存在的是酸制绒的问题,汪晨博士展示了金刚线和砂浆线制绒的形貌差异,金刚线酸制绒的表面特点是:损伤层浅、光亮表面的沟壑式结构。这使得它在具有VOC提升、钝化效果优、线痕浅、断栅风险低等优点的同时,也有起绒点少、表面陷光差、绒面均匀性差等难以避免的缺点。             金刚线多晶硅片的制绒解决方案目前金刚线多晶硅片的制绒解决方案有三个方向:制绒添加剂、湿法黑硅、干法黑硅。干法黑硅做出来效果*好,但其显著缺点是设备投入太大,还需要前后道设备的配合。其提升效率大概在0.4-0.6%,但单片成本稍高,为0.3-0.4元/片;湿法黑硅电池效率提升0.3-0.5%,相对干法投入成本少,湿法黑硅技术的单片成本约为0.15-0.2元/片,仅为干法黑硅的一半左右,目前占市场份额比较大;与湿法黑硅技术相比,制绒添加剂法虽然也可解决金刚线切多晶硅片的制绒问题,但其外观表面有晶花,且对电池效率没有任何提升,电池效率甚至较砂线切割硅片略低,因此综合性价比不高       协鑫湿法黑硅技术发展历程汪晨博士回顾到,保利协鑫从2013年10月开始湿法黑硅实验室的建设,2015年5月完成实验室小试,12月份开始一条中试线投产,到2016年10月量产机设计完成,*终于2017年2月份在扬州正式投产其黑硅电池片生产线。2017年6月,扬州工厂产能达到300MW;10月,2GW(20条线)项目落成,预计11月份可以全部达产。          协鑫湿法黑硅电池汪晨博士为保利协鑫的产品感到自豪,“采用保利协鑫‘鑫绒面’技术制备的黑硅片,硅片表面孔型结构更优、电池转化效率更高、工艺稳定性好,产品外观无晶花困扰,整体绒面均匀。保利协鑫多晶黑硅片提升下游电池转化效率0.3-0.5%,可以为下游客户提供表面均匀、无晶花的**黑硅技术。”汪晨博士表示,据多家电池客户批量反馈,TS系列黑硅片普遍可实现0.3%以上的电池效率提升,部分客户小批量电池效率增益超过0.35%,叠加PERC后效率增益(较多晶普通PERC)超过0.4%。           协鑫湿法黑硅技术下的多晶组件    采用保利协鑫黑硅片制备的组件,不仅组件外观更美观,其功率增益也比较明显,常规电池工艺下的湿法黑硅组件可达到280Wp以上。      由于“背钝化”和“黑硅陷光”的结合,多晶黑硅叠加PERC技术后的效率提升比单纯使用黑硅、PERC的效率增益之和还要高,起到了“1+1>2”的效果。综合可知,金刚线切多晶硅片+湿法黑硅+PERC组合可以显著提升多晶产品的性价,为285-290Wp/60片多晶组件的制备提供了可靠技术途径。      与砂线切+普通电池工艺的单位成本(单位:元/瓦)相比,金刚线切多晶+湿法黑硅+PERC的电池制造成本仅为其92.7%,而金刚线切多晶+添加剂制绒+PERC则为其93.5%,金刚线切多晶+湿法黑硅+PERC组合提升了性价比。      汪晨博士认为,虽然金刚线切割技术、湿法黑硅技术具有很大潜力,但后续多晶技术也不完全只依赖于此,在晶体生长环节还要持续进步。         晶体生长环节持续进步下一代高效多晶产品开发保利协鑫研发团队的小试实验显示:基于黑硅+PERC工艺,试验片在客户端电池产线效率可达20.45%以上,60片电池的组件主流档位可达290W以上。后续需要进行的,一方面是晶体生长工艺的持续研发改进,控制长晶后期的位错增值,提升一定的质量。另外一方面是配合PERC工艺,确定*佳目标电阻率以及电阻率范围。类单晶技术方向持续研发保利协鑫为类单晶的技术进步已经投入了数年的精力和巨大的研发费用。客户端反映,类单晶采用单晶碱制绒,效率与直拉单晶相比差距约为0.6%,但在效率分布上,其低效比例高达3.2%(<19.2%),这是需要后期持续改进的。另外也存在铸锭单晶或者类单晶在生产阶段位错增殖过快,控制难度高;铸锭良率偏低;电池外观存在晶花等问题需要解决。从汪晨博士的分析可以总结成以下几个要点:1、金刚线切割多晶硅片+黑硅技术的普及将再次拉大多晶与单晶在硅片端的成本差距;2、金刚线切多晶硅片+黑硅技术+PERC电池工艺的组合可以进一步提升多晶硅电池的量产效率,增强多晶硅太阳电池路线的竞争力;3、预计光伏市场对电池及组件成本降低以及效率提升方面的需求,将为金刚线切割和黑硅技术带来良好的市场机遇;4、铸锭技术的持续进步,可持续提升多晶硅片尤其是金刚线多晶硅片的性价比
    04-10 2021
  • 数控电火花线切割加工包括快走丝加工与慢走丝加工比较问题

    数控电火花线切割加工包括快走丝加工与慢走丝加工比较问题

           数控电火花线切割加工包括快走丝加工与慢走丝加工,它们广泛应用于模具制造行业。这两种技术的加工效率、切割精度以及表面质量等目前是什么发展状况呢?快走丝加工技术的发展现状顾名思义,快走丝加工是因为切割加工过程中电极丝作高速的走丝运转而得名。快走丝加工机床是我国**的电加工机床,经过几十年的不断完善和发展,现已成为制造业中的一种重要加工手段。可满足中、低档模具加工和其他复杂零件制造的要求,在中低档市场中占有相当的分量。快走丝加工机床*大的优势在于拥有良好的性能价格比。由于它的实用性、经济性,所以在国内有较大的市场。传统快走丝加工采用一次切割的工艺,加工效率在40 ㎜²/min左右,表面粗糙度在Ra3.0μm左右,表面有较明显的线纹,加工精度在0.02㎜左右。为改善加工品质,快走丝加工机床制造厂家参照多次切割工艺,改进了机床的相关部件,出现了所谓的“中走丝机床”。机床的数控精度、脉冲电源、走丝系统、工艺数据库等大量的工艺技术方面有了较大的提高。提高了加工精度,改善了表面质量。目前中走丝加工机床的技术指标:进行一次切割的效率180㎜²/min,多次切割后的表面粗糙度为Ra≤1.0μm,此时的平均效率为50㎜²/min,加工表面光泽无明显切割条纹,加工精度0.01㎜,电极丝损耗≤0. 01 ㎜ /20 万㎜² 。这些性能指标看起来已经比较不错,但需要注意的是,获得这些指标需要保证好各个环节,一旦有出入,比如工作液的浓度、电极丝的损耗发生变化,就会影响加工质量的稳定性。慢走丝加工技术的发展现状精密、复杂、长寿命冲压模具制造精度及表面质量要求的不断提高,快走丝加工技术已不能适应精密模具的制造要求,这种现状促进了慢走丝加工技术的迅速发展,其各方面工艺指标已达到了相当高的水平,是其它加工技术不可替代的。一、慢走丝加工技术的发展现状1、加工精度提高多次切割技术是提高慢走丝加工精度及表面质量的根本手段。一般是通过一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面质量。由于在切割拐角时电极丝的滞后,会造成角部塌陷。为了提高拐角切割精度,采取了更多的动态拐角处理策略。如:自动改变加工速度、自动调节水压、控制加工能量等。先进的慢走丝加工机床采用的高精度精加工回路,是提高加工工件平直度的有效技术,使厚件加工的精度得到显著提高;为了进行小圆角、窄缝、窄槽及微细零件的微精加工,顶尖的数控低速走丝电火花线切割机床可以采用0.02~0.03 ㎜的电极丝进行切割。为了保证高精度的加工,机床的机械精度、脉冲电源精度、伺服控制精度(包括对机械运动、脉冲参数、走丝系统和工作液系统的控制)都已达到极高的水准。采用水温冷却装置,使机床内部温度与水温相同,减小了机床的热变形;采用闭环数字交(直)流伺服控制系统,确保优良的动态性能和高定位精度,加工精度可控制在若干微米以内,精密定位可实现0.1μm当量的控制;采用浸入式加工,降低工件热变形;电机伺服,闭环电极丝张力控制;采用电压调制对刀电源实现高精度对刀,对刀精度可达0.002 ㎜,不损伤工件,不论干湿。2、表面质量日臻完善先进的慢走丝加工机床采用平均电压为零的无防电解脉冲电源,电解的破坏已降到*低程度。此外,由于脉冲电源的改进,普遍采用高峰值,窄脉宽(微秒级),材料大多数为气相抛出,带走了大量的热,工件表面温度就上不去,开裂的现象大为减少;不仅加工效率高,而且使表面质量大大提高。采用无电解电源进行电火花线切割加工,可使表面变质层控制在2μm以下。切割的硬质合金冲模刃口的耐磨性和磨削没有什么不同,甚至优于机械磨削加工,越来越多的零件加工“以割代磨”。3、加工效率提升由于纳秒级大峰值电流脉冲电源技术及检测、控制、抗干扰技术的发展,慢走丝加工机床的加工效率也在不断提高,当前先进的慢走丝加工机床的*高加工效率可达500㎜²/min。较大厚度工件的加工效率有实际意义的技术提升,如切割300 ㎜厚的工件时,加工效率可达170㎜²/min。对于厚度变化工件的加工,通过自动检测加工件的厚度,自动调整加工参数,防止断丝,达到该状态的*高加工效率。另外,先进慢走丝加工机床推出的快速自动穿丝技术,自动穿丝时间<15 s提高了加工操作的效率;推出的双丝自动交换技术,能采用0.20~0.02 ㎜的电极丝自动进行双丝切换加工。采用粗丝进行第一次切割,一般丝径为0.25 ㎜,以提高加工效率,并可无芯切割;然后采用细丝进行修整,一般采用0.10 ㎜的细丝,切割出小圆角,并可提高精度,总体可节省30%~50%的切割时间。4、自动化、智能化及信息化的发展加工过程中,为了减少人的干预,保证达到预期的工艺指标,慢走丝加工的自动化、智能化及信息化取得了相应的发展。慢走丝加工机床完备的工艺专家系统按加工要求给出成套参数。不仅包括常用电极丝牌号和相应的工件材料,还提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工参数,可依据上下喷嘴是否与工件接触,距离多大,是在切风中精修,还是敞开面精修,精度、表面粗糙度和效率哪一项优先的加工策略来生成各自的规准;放电专家系统应付切割中的随机因素,在切入、切出、截面变化、中心切割、接近边缘切割、大截面高速切割等情况下,在加工过程中运用自适应控制策略及自动化控制功能,得到不断丝稳定高效加工。自动无孔探测功能也很实用,自动跳步加工时,如果预孔被忘记打出或孔位偏移,机床就会自动移到下一个预孔上,这样可防止在无人操作加工时停机,在穿好丝之后发生短路时,可自动搜寻消除短路的位置,提高了连续无人操作运转的可靠性。机床的CNC系统配以标准化机械接口,组成智能化的制造系统,通过3R系统或EROWA系统的机械手,可方便地实现工件(托盘)的自动交换,配以专家系统及电极丝自动交换技术,可以自动完成全部加工过程。二、各档次慢走丝加工机床的技术水平可将慢走丝加工机床分为**、高档、中档、入门四个档次。1、**慢走丝加工机床这种慢走丝加工机床代表了目前的*高水平,主要由瑞士、日本制造。这类机床的加工精度能保证在±0.002 ㎜以内,*高加工效率可达400~500㎜²/min,表面粗糙度可达Ra0.05μm,具有**的加工表面质量,表面几乎无变质层,能使用Φ0.02 ㎜的电极丝进行微精加工,主机大都具有热平衡系统,一些机床采用在油中进行切割加工。这类机床功能齐全,自动化程度高,可以直接完成模具的精密加工,所加工的模具寿命已达到机械磨削水平。2、高档慢走丝加工机床这类机床基本上由瑞士和日本公司生产,具有自动穿丝功能,无电阻防电解电源,整体热恒定系统,能采用Φ0.07 ㎜的电极 丝进行切割,精度在±0.003 ㎜左右,*高加工效率能达300㎜²/min以上,表面粗糙度能达到Ra<0.2μm,具有适时检测工件截面变化、实时优化放电功率功能。这类机床也广泛用于精密冲压模加工。3、中档慢走丝加工机床这档机床一般由瑞士和日本公司在中国的制造工厂生产,一些台湾机的技术水准也能达到这个档次,其配置和性能满足了国内大多数精密线切割加工的要求。一般都采用无电阻防电解电源,具有浸水式加工、锥度切割功能。实用的*高加工效率为150~200 ㎜²/min,*佳表面粗糙度达Ra<0.4μm,切割精度可达±0.005㎜,一般采用Φ0.1㎜及以上的电极丝进行切割,配备的防撞保护系统可避免由编程错误或误操作引起的碰撞受损,配备或者可选配自动穿丝机构。4、入门级慢走丝加工机床这档机床一般是台湾机床或者国内自主研发生产的机床,其配置和性能满足国内普通模具与零件的加工要求。一般多使用切一修一,切一修二的工艺,能稳定达到表面光洁度在Ra0.8μm左右,加工精度在±0.008㎜,大多只能使用0.15mm及以上的电极丝进行切割,加工的表面微细组织、拐角与先进的机床有一定的差距。总的来说,慢走丝机床与快走丝加工机床相比,在加工效率、精度、表面质量等方面都具有非常明显的优越性。虽然慢走丝加工机床的价格较贵,但随着制造业的高速发展,它将会被越来越多地应用于各加工领域。
    04-10 2021
  • 线切割机床厚度切割产生的主要问题为以下几个方面

    线切割机床厚度切割产生的主要问题为以下几个方面

     线切割在切割大厚度的工件可不是丝架能升多高,就能切多厚,线切割会受到厚度的限制。受放电加工蚀除条件的制约,后到一定程度,加工就很不稳定,直至有电流无放电的短路发生。伴随着拉孤烧伤很快会断丝,在很不稳定的加工中,切割面也会形成条条沟槽,表面质量严重破破坏。切缝里充塞着极粘稠的蚀除物,甚至是近乎于粉状的碳黑及蚀物微粒。大厚度通常是指200mm以上的钢,至于电导率更高,导热系数更高或耐高温的其它材料还到不了200mm,如紫铜,硬质合金、纯钨、纯钼等,70mm厚就已非常困难了。一、大厚度切割产生的主要问题为以下几个方面:1.没有足够水的进入和交换,间隙内不能清除蚀物,不能恢复绝缘,也就无法形成放电。2.间隙内的充塞物以电阻的形式分流了脉冲源的能量,使丝与工件间失去了足够的击穿电压和单个脉冲能量。3.钼丝自身的载流量所限,不可能有更大的脉冲能量传递到间隙中去。4.切缝中间部位排出蚀除物的路程太长,衰减了的火花放电已形不成足够的爆炸力,排污力。5.材料原因,大厚度存在杂质和内应力的可能性就大为增强了。切缝的局部异常和形变机率也就大了。失去了切割冲击力,却增大了被短路的可能性。二、解决大厚度切割的主要矛盾,可以采取以下一些措施进行缓解或是解决。1.加大单个脉冲的能量(单个脉冲的电压、电流、脉宽,这三者的乘积就是单个脉冲的能量)。加大脉冲间隔,目的是钼丝载流量的平均值不增大的前题下,形成火花放电的能力,火花的爆炸力被增强。2.选用介电系数更高,恢复绝缘能力更强,流动性和排污解力更强的冷却液。3.大幅度提高脉冲电压,使放电间隙加大,水进入和排出也就比较容易了。4.事先作好被切材料的予处理,如以反复锻造的办法均匀组织,清除杂质,以退火和实效处理的办法清除材料的内应力。以去除大的余理的办法使材料应力得到充分释放。5.提高丝速,更平稳的运丝,使携水和抗据短路的能力增强。6.人为偏制折线进给或自动进二退一的进给方式,使间隙被有效扩大。   这些方法都是比较有效的,但是解决不了根本问题,所以这方面的矛盾还需要以后厂家在研发制造中从根本解决
    04-10 2021
  • 快走丝线切割机床的优缺点及解决方案

    快走丝线切割机床的优缺点及解决方案

    1.优点根本是往复换向,重复使用原理利用钼丝作为电极的高速运动,创造了很好的放电条件。轻易获得高效率和大厚度的切割能力。结构简单操作方便微细电极丝作高速垂直运动(只要允许换向)不需要复杂结构;XY作平面运动(即不传递大力、也不考虑冲击)只需要原理性的结构就能实现。可靠的XYUV当量控制—以µ作当量的进給,直线、斜线、顺逆圆弧的运算控制已是机械位移控制运用娴熟的*基础部分,图形保真精度有可靠保证。没有机械切削力—对机械结构的要求降到*低,不涉及切削原理。使用油水溶合的乳化液—使放电加工的介电、清洗、冷却均有较高效率,获得200—300mm的切割厚度、80mm2/min以上的切割速度不是难题。2.缺点同样是往复换向,重复使用。四大弊端,谁能革除四大弊端(能绕过也行),谁就有主动权丝往复运动造成的换向,丝上行与下行会发生位移靠导电块摩擦进电运丝结构布局造成的丝程长、导轮多、靠导轮V型槽定位使用油水溶合的乳化液3.四大弊端导致的后果换向条纹—电蚀加工析出物的镀覆效应在丝的进口与出口存在严重差异。形成黑白相间的斑马纹。虽然这只是工件表面碳的镀覆量差异造成的,但给人的视觉感受比较强烈。换向位移—丝上行与下行有一个不可克服的换向位移。他是因张力、阻力、运动方向、丝在V形槽的实际位置、丝的倔强系数、丝的弹性引起。工作区丝的张力实际并不恒定,即使张力恒定因方向相反位置也在变。上行与下行时换向前后丝肯定不在同一个地方,不走同一个轨迹。形成以换向为周期的搓板纹。往复换向的*大弊端就在于此。丝的张力不准、不稳—张力在导轮、轴承、进电块和后导轮这几个阻力点间不停的转换传递,丝抖是两点间阻力变化引起的张力变化。一张一弛就形成抖,总体张力大则振幅小,总体张力小则振幅大。  丝在上下丝臂长距离横向悬浮,丝程上各点张力处在无序的变化中。 丝程上阻力点的不对称分布使两个方向拉力不一,若干次的反复累积形成了一端紧,一端松 丝长距离的不间断的承受着张弛变化,极易被抻长,造成延展率大。导致丝的张力不准、不稳的重要因素是导电块的阻力;导轮的灵活度和惯量以及丝与导轮V形槽的真实吻合关系。张力不准、不稳的直接后果是丝在换向前后的位移(暂叫做换向位移,道理另有详术)约2--5µ,所以2--5µ以上的精度是稳定不住的。因为这2--5µ是不可克服的。(通常把粗糙度定为2.5不无道理)乳化液污染了加工环境还给加工带来了不确定性—不确定性包括:介电系数高低、脉冲利用率、镀覆作用大小、搓板纹的幅度、放电间隙大小、对微位移的耐受度和阻尼作用、丝的碳化点(花丝)、蚀除物的粘稠度等。因脏污程度不同、浓度不同、有效成分不同、进入间隙水量的不同等,他们直接干预和影响了加工。丝筒两端丝的松紧会出现严重差异;丝程内悬空部位的丝会无序抖动—成因和规律尚缺乏准确有力的解释依据,也无法量化,更没有药到病除的防治措施。这是全行业被困扰多年的两大顽症,现只能说你选择了快走丝线切割就同时选择了这两大顽症。
    04-10 2021
  • 《原创》线切割加工时的注意事项有哪些?

    《原创》线切割加工时的注意事项有哪些?

    线切割加工时的注意事项1. 线切割移动工作台或主轴时,要根据与工件的远近距离,正确选定移动速度,严防移动过快时发生碰撞。2. 编程时要根据实际情况确定正确的加工工艺和加工路线,杜绝因加工位置不足或搭边强度不够而造成的工件报废或提前切断掉落。3. 线切前必须确认程序和补偿量是否正确无误。4. 检查电极丝张力是否足够。在切割锥度时,张力应调小至通常的一半。5. 检查电极丝的送进速度是否恰当。6. 根据被加工件的实际情况选择敞开式加工或密着加工,在避免干涉的前提下尽量缩短喷嘴与工件的距离。密着加工时,喷嘴与工件的距离一般取0.05~0.1mm。7. 检查喷流选择是否合理,粗加工时用高压喷流,精加工时用低压喷流。8. 起切时应注意观察判断加工稳定性,发现不良时及时调整。9. 加工过程中,要经常对切割工况进行检查监督,发现问题立即处理。10. 加工中线切割机床发生异常短路或异常停机时,必须查出真实原因并作出正确处理后,方可继续加工。11. 加工中因断线等原因暂停时,经过处理后必须确认没有任何干涉,方可继续加工。12. 修改加工条件参数必须在机床允许的范围内进行。13. 加工中严禁触摸电极丝和被切割物,防止触电。14. 加工时要做好防止加工液溅射出工作箱的工作。15. 加工中严禁靠扶线切割机床工作箱,以免影响加工精度。16. 废料或工件切断前,应守候线切割机床观察,切断时立即暂停加工,注意必须先取出废料或工件,方可移动工件台。   苏州阿尼拉数控科技有限公司,沟通电话:13382186818,网站:www.skjc88.com
    05-25 2020

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