光伏硅片切割技术研究进展

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0076

摘要/Abstract

摘要： 以光伏硅片切割技术为研究对象，通过文献查阅和对比分析，详细介绍了外圆切割、内圆切割、多线切割、电火花切割及复合切割等主要类型切割技术，并从切割精度、切割损耗、切割效率等多个维度对比了它们的优缺点。多线切割技术凭借高经济效益、可切割大尺寸硅锭、晶体缺陷深度小等优点，已成为硅片切割加工的主流方式；复合切割技术凭借高切割效率、高自定义性和低损耗等优势，有望成为未来发展趋势。

关键词: 多线切割; 复合切割; 光伏硅片; 电火花切割; 内圆切割; 外圆切割

Abstract: Taking the photovoltaic silicon wafer cutting technology as the research object， through literature review and comparative analysis， the main types of cutting technologies such as outer circle cutting， inner circle cutting， multi-wire cutting， electrical discharge cutting and compound cutting are introduced in detail， and their advantages and disadvantages are compared from multiple dimensions such as cutting accuracy， cutting loss and cutting efficiency. The research conclusion indicates that the multi-wire cutting technology has become the mainstream method for silicon wafer cutting and processing due to its high economic benefits， ability to cut large-sized silicon ingots， and shallow crystal defect depth. The composite cutting technology is expected to be the future development trend with its advantages of high cutting efficiency， high customizability， and low loss.

Key words: multi-wire cutting; compound cutting; photovoltaic silicon wafer; electrical discharge cutting; internal circle cutting; external circle cutting

中图分类号:

TM914.4

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图/表 21

图1 全球光伏装机容量比例图

Fig.1 Global photovoltaic installed capacity ratio chart

图2 2010—2024 年全国硅片产量情况（单位：GW）

Fig.2 National silicon wafer production situation from 2010 to 2024 （unit： GW）

图3 光伏硅片的制造流程图

Fig.3 Manufacturing flowchart of photovoltaic silicon wafers

图4 硅片实物图

Fig.4 Physical picture of silicon wafer

图5 2024—2030年硅片厚度变化趋势（单位：μm）

Fig.5 Trend of silicon wafer thickness variation from 2024 to 2030 （unit： μm）

图6 旋转外径切割示意图

Fig.6 Schematic diagram of rotary outer diameter cutting

图7 旋转内径切割的示意图

Fig.7 Schematic diagrams of rotary inner diameter cutting

图8 切割热-力-振动耦合的机制图

Fig.8 Mechanism diagram of coupling of heat， force and vibration

图9 游离磨料线锯切割原理示意图

Fig.9 Schematic illustration of principle of loose abrasive sawing

表1 硅片质量参考指数

Table 1 Silicon wafer quality reference index

质量参数	数值
厚度 $/ μ m$	180±20
总厚度偏差 $/ μ m$	≤30
翘曲程度 $/ μ m$	≤40
切痕 $/ μ m$	≤15
表面金属杂质含量 $/ 10 - 9$	≤70

表1 硅片质量参考指数

Table 1 Silicon wafer quality reference index

质量参数	数值
厚度 $/ μ m$	180±20
总厚度偏差 $/ μ m$	≤30
翘曲程度 $/ μ m$	≤40
切痕 $/ μ m$	≤15
表面金属杂质含量 $/ 10 - 9$	≤70

图10 金刚线切割原理示意图

Fig.10 Schematic diagram of principle of diamond wire sawing

图11 电镀金刚线及树脂金刚线结构示意图（a）及微观形貌（b）

Fig.11 Schematic diagrams （a） and microscopic morphologies （b） of electroplated diamond wire and resin diamond wire

图12 金刚石线锯切割多晶硅表面常规制酸绒的SEM照片对比［39］

Fig.12 SEM images comparison of conventional acid fleece production on polycrystalline silicon surface cut by diamond wire sawing［39］

图13 多线切割机工作原理示意图

Fig.13 Schematic diagram of working principle of multi-wire cutting machine

图14 四轴多线切割机

Fig.14 Four-axis multi-wire cutting machine

图15 电火花线切割原理示意图［44］

Fig.15 Schematic diagram of principle of wire electrical discharge cutting［44］

表2 切割方法比较表［46］

Table 2 Comparison table of cutting methods［46］

项目	多线切割	内圆切割	电火花切割
切割方法	研磨	磨削	火花放电
硅片表面特征	丝痕	断裂&碎片	放电凹坑
破坏深度/ $μ m$	5~15	20~30	15~25
生产效率/（ $c m 2 · h$ ^-1）	110~200	10~30	75~100
每次加工硅片次数	200~400	1	多片
切缝损失/ $μ m$	150~210	300~500	280~290
硅片最小厚度/ $μ m$	About 200	About 350	200
可加工硅锭直径/ $m m$	>300	Max 200	200
硅片厚度偏差（TTV）/ $μ m$	<150	<25	—
硅片翘曲度（ $W a r p)$	非常轻微/5~10	严重/>50	轻微

表2 切割方法比较表［46］

Table 2 Comparison table of cutting methods［46］

项目	多线切割	内圆切割	电火花切割
切割方法	研磨	磨削	火花放电
硅片表面特征	丝痕	断裂&碎片	放电凹坑
破坏深度/ $μ m$	5~15	20~30	15~25
生产效率/（ $c m 2 · h$ ^-1）	110~200	10~30	75~100
每次加工硅片次数	200~400	1	多片
切缝损失/ $μ m$	150~210	300~500	280~290
硅片最小厚度/ $μ m$	About 200	About 350	200
可加工硅锭直径/ $m m$	>300	Max 200	200
硅片厚度偏差（TTV）/ $μ m$	<150	<25	—
硅片翘曲度（ $W a r p)$	非常轻微/5~10	严重/>50	轻微

图16 电磨削切割与电磨削多线复合切割表面质量对比图

Fig.16 Comparison chart of surface quality between electrical grinding cutting and electrical grinding multi-line compound cutting

图17 电化学-固结-游离磨料复合加工材料去除机理［52］

Fig.17 Material removal mechanism of electrochemical-consolidation-free abrasive compound processing［52］

图18 金刚石线锯切割在相同锯切量下的线材磨损［54］

Fig.18 Wire wear in diamond wire sawing under same sawing amount［54］

图19 复合切割在相同锯切量下的线材磨损［54］

Fig.19 Wire wear in compound cutting under same sawing amount［54］

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