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[摘 要]随着时代的发展与科技的进步，人们对于能源的需求与日俱增。在这样的背景下，人们必然开始探讨新型能源。而太阳能作为优质的可再生资源，凭借其无可比拟的优势进入人们的视野。也正是因为如此，太阳能光伏硅片切割技术成为人们广泛关注的焦点。论文结合笔者研究，对太阳能光伏硅片常见切割技术进行了阐述，并探讨了他们之间的优缺点。
[关键词]太阳能 光伏硅片 切割技术
中图分类号：TP395 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0034-01
我国经济的不断发展使得能源的需求也与日俱增，传统能源产业的压力可想而知。而太阳能光伏发电作为一种新型的资源，其可再生、无污染的优势受到人们的广泛关注。与此同时，随着科技的发展，光伏发电所需要的硅片成本虽然下降，但是其切割成本却一直居高不下。目前来说，较为常见的太阳能光伏硅片切割技术为内圆切割技术与多线切割技术两种。
一、常见太阳能光伏硅片切割技术分析
（一）常见太阳能光伏硅片切割技术
1.内圆切割技术
内圆切割（IDsaw），其原理示意图如下。所谓内圆切割，指的是通过利用圆盘型刀片内圆的刃口对硅锭进行切割。在进行内圆切割时，圆盘型刀片会进行高速的旋转，轴向振动因此产生。此时随着内圆刀片与硅锭之间的摩擦力不断加大，可能会在硅锭上残留一些切痕甚至细小的裂隙。这样一来，切割结束后可能就发生硅片崩片甚至飞边的现象。
2.多线切割技术
多线切割技术（Wiresaw）原理示意图如下，是当前进行光伏硅片切割的主流技术。当进行多线切割时，导轮上需要利用钢丝刻制出精密的线槽。需要注意的是，线槽的精密程度必须与切割线的直径相吻合。除此以外，还必须确保按照顺序缠绕的四个导轮线槽上下平行。这样一来，钢丝线就借助线槽构成两张平行的线网，以此来确定切割而成的硅片的厚度以及切割锯痕的宽度。在多线切割机中，导轮的动力来源于发电机，其旋转可以有效的保障钢丝切割线的高速运行。基本而言，切割线在导轮的带动下速度可达10m/s-20m/s。此时，喷砂机会将砂浆喷射到线网之上。因为切割丝的高速运转，覆盖其上的碳化硅研磨料就能对硅锭进行切割。而钢线的放出与收集都需要依靠线轮。多线切割机所能切割的硅锭直径并不是无限大的，而是取决于几个导轮之间的空间。目前来说最为常见的多线切割机所能切割的硅锭直径在150毫米到200毫米之间，并且伴随多线切割技术的发展，一些性能优良的多线切割机所能切割的硅片直径可达300毫米。
（二）内圆切割技术与多线切割技术比较
内圆切割技术每次仅能切割一片，可谓效率低下，而且切割的硅片容易破损，可能会耗费较多的原料。而与之相比，多线切割技术的优势就体现出来。具体来说体现在以下几个方面：
首先，多线切割技术效率较高，它不像内圆切割一次只能切割一片，每次切割数量几乎可以达到上千片。其次，多线切割技术可以加工直径更大的硅片，这能满足当前形势下对于太阳能光伏发电的需求。另外，多线切割技术所具备的精密度也比内圆切割技术高的多，并且多线切割技术所能切出的硅片更薄。这也就意味着当硅锭相同时，多线切割技术可以获得更多的硅片数量，这能够节省大量的原材料。第四，多线切割技术对于硅片的损害几率较低，不易导致破损，能够提高硅片的使用率。第五，这也是多线切割技术所具备的最为明显的优势之一，即其耗费的原料非常少，仅为内圆切割技术的一半左右。
但是，作为主流的多线切割技术现阶段依然存在问题，影响了其性能的进一步发挥。在利用多线切割技术进行切割时，导轮上需要覆盖上千条钢丝切割线，每次加工虽然可生产上千片硅片，但是如果有环节出问题的话，那么带来的损失会十分严重。具体而言，与内圆切割技术相比，多线切割技术具有以下劣势。
第一，对硅片厚度的调节难度较大，尤其是在切割的过程中，对于硅片切割的质量无法进行有效的监测与控制。与之相比，内圆切割技术则每次切割一片，其质量控制和监测较为容易，对于厚度的调节也比多线切割技术更简单。第二，多线切割技术的生产成本较高。具体表现为金属线的使用，通常金属线只能使用一次，并且其生产制造价格成本高。内圆切割技术使用的内圆切片机成本远远低于多线切割机。第三，多线切割技术对于切割过程要求更为严格，因为如果在切割时发生故障，比如金属切割丝断裂，则会导致整个晶硅棒报废。也就是说，多线切割技术存在潜在的风险。
二、电火花线切割技术在太阳能光伏硅片切割中的应用
常见的太阳能光伏硅片切割技术各具优势与不足，因此为了满足日益复杂的光伏发电系统，探寻更为先进的太阳能光伏硅片切割技术是十分有必要的。众多技术人员为了进一步降低硅片切割的损耗，并控制硅片的厚度，不断进行研究，而最终电火花线切割技术成为众多专家学者的最佳选择。
但是众所周知，应用于太阳能光伏发电中的硅片电阻率范围为1Ω·cm到10Ω·cm。硅片电阻率在该范围内意味着其具备导电性，但是与其他金属相比其电阻率却较高，因此其导电性能与其他金属相比差一些。这也就意味着晶硅原材料在放电的过程中对加工电流有种种限制。这样一来，在切割太阳能光伏硅片时并不能直接使用普通的电火花线切割技术。为了解决这一问题，国外在这方面较为成熟的技术是低速走丝电火花线切割技术，而我国则在高速走丝电火花线切割技术上发展的更加深入。依托于电火花线切割技术原理而发展的高电阻半导体放电加工模型已经被验证，其前景广阔。
结语：
综上所述，太阳能光伏硅片的切割成本决定了太阳能光伏发电的推广。目前来说，较为常见的硅片切割技术为内圆切割技术以及多线切割技术两种。这两种切割技术在应对常规硅片时具备其特有的优势，但是随着光伏发电技术的发展，硅片切割技术所要面对不仅仅再是一般面积和厚度的硅片。虽然因为硅片的特殊性，电火花线切割技術不能直接作用于其上，但是相信通过不断创新，利用电火花线切割技术切割光伏硅片的前景广阔。
参考文献
[1] 刘宇.光伏行业硅切片废水预处理研究[D].华南理工大学.2012.
[2] 石志学.太阳能光伏硅片切割技术及切割钢丝生产研究[J].科技创新与应用，2012（18）.
[3] 邵国亮，杜振杰，齐海洋.试析太阳能光伏硅片切割技术和切割钢丝生产[J].电子制作，2013（18）.
[4] 蔡二辉.晶体硅的金刚石线锯切割性能研究[D].南昌大学，2011.
[关键词]太阳能 光伏硅片 切割技术
中图分类号：TP395 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0034-01
我国经济的不断发展使得能源的需求也与日俱增，传统能源产业的压力可想而知。而太阳能光伏发电作为一种新型的资源，其可再生、无污染的优势受到人们的广泛关注。与此同时，随着科技的发展，光伏发电所需要的硅片成本虽然下降，但是其切割成本却一直居高不下。目前来说，较为常见的太阳能光伏硅片切割技术为内圆切割技术与多线切割技术两种。
一、常见太阳能光伏硅片切割技术分析
（一）常见太阳能光伏硅片切割技术
1.内圆切割技术
内圆切割（IDsaw），其原理示意图如下。所谓内圆切割，指的是通过利用圆盘型刀片内圆的刃口对硅锭进行切割。在进行内圆切割时，圆盘型刀片会进行高速的旋转，轴向振动因此产生。此时随着内圆刀片与硅锭之间的摩擦力不断加大，可能会在硅锭上残留一些切痕甚至细小的裂隙。这样一来，切割结束后可能就发生硅片崩片甚至飞边的现象。
2.多线切割技术
多线切割技术（Wiresaw）原理示意图如下，是当前进行光伏硅片切割的主流技术。当进行多线切割时，导轮上需要利用钢丝刻制出精密的线槽。需要注意的是，线槽的精密程度必须与切割线的直径相吻合。除此以外，还必须确保按照顺序缠绕的四个导轮线槽上下平行。这样一来，钢丝线就借助线槽构成两张平行的线网，以此来确定切割而成的硅片的厚度以及切割锯痕的宽度。在多线切割机中，导轮的动力来源于发电机，其旋转可以有效的保障钢丝切割线的高速运行。基本而言，切割线在导轮的带动下速度可达10m/s-20m/s。此时，喷砂机会将砂浆喷射到线网之上。因为切割丝的高速运转，覆盖其上的碳化硅研磨料就能对硅锭进行切割。而钢线的放出与收集都需要依靠线轮。多线切割机所能切割的硅锭直径并不是无限大的，而是取决于几个导轮之间的空间。目前来说最为常见的多线切割机所能切割的硅锭直径在150毫米到200毫米之间，并且伴随多线切割技术的发展，一些性能优良的多线切割机所能切割的硅片直径可达300毫米。
（二）内圆切割技术与多线切割技术比较
内圆切割技术每次仅能切割一片，可谓效率低下，而且切割的硅片容易破损，可能会耗费较多的原料。而与之相比，多线切割技术的优势就体现出来。具体来说体现在以下几个方面：
首先，多线切割技术效率较高，它不像内圆切割一次只能切割一片，每次切割数量几乎可以达到上千片。其次，多线切割技术可以加工直径更大的硅片，这能满足当前形势下对于太阳能光伏发电的需求。另外，多线切割技术所具备的精密度也比内圆切割技术高的多，并且多线切割技术所能切出的硅片更薄。这也就意味着当硅锭相同时，多线切割技术可以获得更多的硅片数量，这能够节省大量的原材料。第四，多线切割技术对于硅片的损害几率较低，不易导致破损，能够提高硅片的使用率。第五，这也是多线切割技术所具备的最为明显的优势之一，即其耗费的原料非常少，仅为内圆切割技术的一半左右。
但是，作为主流的多线切割技术现阶段依然存在问题，影响了其性能的进一步发挥。在利用多线切割技术进行切割时，导轮上需要覆盖上千条钢丝切割线，每次加工虽然可生产上千片硅片，但是如果有环节出问题的话，那么带来的损失会十分严重。具体而言，与内圆切割技术相比，多线切割技术具有以下劣势。
第一，对硅片厚度的调节难度较大，尤其是在切割的过程中，对于硅片切割的质量无法进行有效的监测与控制。与之相比，内圆切割技术则每次切割一片，其质量控制和监测较为容易，对于厚度的调节也比多线切割技术更简单。第二，多线切割技术的生产成本较高。具体表现为金属线的使用，通常金属线只能使用一次，并且其生产制造价格成本高。内圆切割技术使用的内圆切片机成本远远低于多线切割机。第三，多线切割技术对于切割过程要求更为严格，因为如果在切割时发生故障，比如金属切割丝断裂，则会导致整个晶硅棒报废。也就是说，多线切割技术存在潜在的风险。
二、电火花线切割技术在太阳能光伏硅片切割中的应用
常见的太阳能光伏硅片切割技术各具优势与不足，因此为了满足日益复杂的光伏发电系统，探寻更为先进的太阳能光伏硅片切割技术是十分有必要的。众多技术人员为了进一步降低硅片切割的损耗，并控制硅片的厚度，不断进行研究，而最终电火花线切割技术成为众多专家学者的最佳选择。
但是众所周知，应用于太阳能光伏发电中的硅片电阻率范围为1Ω·cm到10Ω·cm。硅片电阻率在该范围内意味着其具备导电性，但是与其他金属相比其电阻率却较高，因此其导电性能与其他金属相比差一些。这也就意味着晶硅原材料在放电的过程中对加工电流有种种限制。这样一来，在切割太阳能光伏硅片时并不能直接使用普通的电火花线切割技术。为了解决这一问题，国外在这方面较为成熟的技术是低速走丝电火花线切割技术，而我国则在高速走丝电火花线切割技术上发展的更加深入。依托于电火花线切割技术原理而发展的高电阻半导体放电加工模型已经被验证，其前景广阔。
结语：
综上所述，太阳能光伏硅片的切割成本决定了太阳能光伏发电的推广。目前来说，较为常见的硅片切割技术为内圆切割技术以及多线切割技术两种。这两种切割技术在应对常规硅片时具备其特有的优势，但是随着光伏发电技术的发展，硅片切割技术所要面对不仅仅再是一般面积和厚度的硅片。虽然因为硅片的特殊性，电火花线切割技術不能直接作用于其上，但是相信通过不断创新，利用电火花线切割技术切割光伏硅片的前景广阔。
参考文献
[1] 刘宇.光伏行业硅切片废水预处理研究[D].华南理工大学.2012.
[2] 石志学.太阳能光伏硅片切割技术及切割钢丝生产研究[J].科技创新与应用，2012（18）.
[3] 邵国亮，杜振杰，齐海洋.试析太阳能光伏硅片切割技术和切割钢丝生产[J].电子制作，2013（18）.
[4] 蔡二辉.晶体硅的金刚石线锯切割性能研究[D].南昌大学，2011.