晶硅太阳能电池的绒面微结构能有效减少电池表面的光学损失,对光电转换效率的提高具有积极作用。目前单晶硅太阳能电池广泛采用碱腐蚀制绒技术,在表面形成随机金字塔绒面结构,然而由于单晶硅晶体结构的制约,随机金字塔绒面的减反射性能难以实现较大地提高。因此,探索新型的减反射绒面结构及其加工技术,对降低晶硅太阳能电池表面的反射率,提高太阳能电池的光电转换效率是非常有价值的。本文设计了一种V型环槽绒面结构,建立了该绒面的反射率计算模型,研究了V型环槽绒面的结构参数对反射率的影响。然后,建立了单晶硅刻划应力场计算模型,探讨了单晶硅刻划过程中亚表面应力分布,研究了单晶硅切削过程中脆-塑转变的临界未变形切屑厚度。最后,开展了聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)刀具切削单晶硅V型环槽绒面结构的实验研究,探讨了该绒面的加工质量和PCD刀具的磨损破损机理。本文的主要工作如下:(1)结合V型PCD刀具的刀尖结构形状,设计了一种V型环槽绒面结构,作为单晶硅太阳能电池的减反射绒面。基于光学原理,采用光线追踪算法建立了该绒面的反射率计算模型,研究了结构参数对V型环槽绒面反射率的影响,结合实际加工条件,确定了 V型环槽绒面的结构参数。研究发现,V型环槽绒面具有更加优异的减反射性能。在垂直入射光下,V型环槽绒面的加权反射率为5.53%,与随机正向金字塔绒面10.54%的加权反射率相比,反射率降低了 47.5%。(2)基于单晶硅各向异性的物理性质,建立了刻划过程中的应力场计算模型,分析了沿[001]晶向和[011]晶向刻划单晶硅(100)晶面过程中的亚表面应力分布,研究了亚表面应力分布与中位裂纹形核位置和扩展方向之间的关系。研究发现,中位裂纹的形核位置和扩展方向受到压头形状和刻划晶向的影响,刻划单晶硅(100)晶面的[001]晶向过程中,中位裂纹的形核扩展角度与圆锥压头半角之间近似满足Boltzimann函数关系,而刻划单晶硅(100)晶面的[011]晶向过程中,中位裂纹的形核扩展角度与圆锥压头之间近似满足线性函数关系。(3)基于硅键纳观尺度裂纹扩展机理,建立了单晶硅各向异性断裂强度的计算模型。基于单晶硅材料的各向异性,建立了单晶硅切削加工过程中的切削力模型。计算得到单晶硅亚表面弹塑性分界面上的应力分布。建立了单晶硅亚表面中位裂纹的形核扩展准则,定义单晶硅切削过程中脆-塑转变的临界未变形切屑厚度为即将诱导中位裂纹形核扩展的最大未变形切屑厚度。研究了晶向、切削过程中的摩擦系数、刀具负前角以及刀尖圆弧半径对单晶硅切削过程中临界未变形切屑厚度的影响。结果发现,单晶硅切削过程中的临界未变形切屑厚度随切削晶向的变化而表现出各向异性。通过合理的选择刀具参数能获得较大的临界未变形切屑厚度。当切削过程中的摩擦系数在0.05到0.30范围内时,采用-40°的刀具前角更利于单晶硅的塑性域切削。并且尖锐的刀尖对于提高临界未变形切屑厚度也是有利的。(4)采用V型聚晶金刚石刀具开展单晶硅V型环槽绒面的切削加工实验研究。对加工后的绒面质量进行了分析,发现V型环槽绒面底部存在凹坑,并且V型环槽绒面未加工部分的宽度较小,环槽侧壁出现崩塌现象。在连续大面积加工过程中,PCD刀具发生刃口磨损,刀具的主要破损形式是微崩刃。