Совершенствование алмазной резки для снижения потерь при производстве солнечных батарей

Аккумулятор Challenger A12-100

Исследователи из Китая попытались оценить, как поперечная вибрация при алмазной резке может увеличить потери при производстве солнечных батарей, и разработали прогностическую модель, которая, как сообщается, может помочь их сократить. Их анализ показал, что при постоянных параметрах резки пластины меньшего размера имеют более высокие потери при резке.

Исследователи из Шаньдунского университета в Китае предложили новую методологию для количественного прогнозирования дополнительных потерь при поперечной вибрации при резке пластин с алмазной проволокой в процессе производства солнечных батарей.

Керф — это кристаллический материал, который теряется при разрезании солнечного слитка на пластины.

«Модель потерь при резке, описанная в нашем исследовании, позволяет прогнозировать однородность толщины кремниевых пластин, что может помочь контролировать однородность толщины более тонких кремниевых пластин в будущем и открыть новые перспективы для изучения прочности на излом фотоэлектрических кремниевых пластин», — рассказал журналу PV автор исследования Юфэй Гао.

Исследователи предупредили, что новейшая алмазная канатная пила, используемая в фотоэлектрической промышленности, может работать быстрее, чем раньше, что приводит к увеличению вибрации во время производства. Кроме того, они объяснили, что диаметр каната становится всё меньше, а его длина — всё больше, что приводит к увеличению поперечной вибрации. Сочетание этих факторов может, в свою очередь, привести к увеличению потерь при распиловке и уменьшению толщины пластин.

Поперечная вибрация пильной проволоки косвенно снижает прочность на излом кремниевой пластины, что приводит к увеличению количества сколов в процессе резки, а также при последующей очистке и транспортировке», — пояснили они. «Поэтому очень важно изучить дополнительные потери при резке, вызванные поперечной вибрацией пильной проволоки в процессе резки, чтобы в будущем улучшить качество обработки пластин и резки сверхтонких пластин».

Сначала учёные исследовали динамику поперечных колебаний алмазной пилы в процессе резки при непрерывном возбуждении обоих концов пилы. Затем они изучили эффект фрикционного демпфирования внутри пропила.

Кроме того, для численного решения своей модели они использовали метод конечных разностей, который обычно применяется для решения дифференциальных уравнений. Также они измерили сигналы ускорения и смещения, чтобы оценить характеристики поперечной вибрации пильного полотна.

Наконец, учёные усовершенствовали своё моделирование с помощью теории контакта Герца, которая описывает деформацию и распределение напряжений при контакте двух упругих и гладких тел, не прилегающих друг к другу. Они также применили принцип сохранения импульса, согласно которому суммарный импульс замкнутой системы остаётся постоянным во времени.

Чтобы проверить точность прогнозной модели, исследовательская группа провела три серии экспериментов по распиловке на станке SH300 производства китайской компании Shenghai Numerical Control Co., Ltd. Диаметр пильной проволоки составлял 350 мкм, а скорость проволоки варьировалась от 1000 до 1400 м/мин.

Эксперименты показали, что потери при распиловке, вызванные поперечной вибрацией, в основном связаны с сигналом источника вибрации на основном этапе распиловки, при этом сигнал источника вибрации стабилен. Кроме того, исследователи обнаружили, что потери при распиловке уменьшаются при увеличении натяжения проволоки и уменьшении её пролёта, но немного увеличиваются при увеличении скорости движения проволоки.

Анализ также показал, что при постоянных параметрах резки меньшие пластины сильнее подвержены избыточным потерям при резке.

«Чем больше потери при резке, тем сильнее неравномерность толщины кремниевой пластины, — подчеркнули учёные. — Для фотоэлектрических пластин из монокристаллического кремния значительное отклонение в толщине недопустимо».

Они также подчеркнули, что поперечная вибрация в основном воздействует на края пластин, что повышает риск появления трещин.