金剛石線鋸切割技術(shù)有切割速率高、環(huán)境負(fù)荷小等突出優(yōu)點(diǎn)，已逐漸在單晶硅片切割生產(chǎn)中取代砂漿線鋸切割技術(shù)。但金剛石線鋸切割多晶硅片存在抗斷裂性能較差問題，是限制其應(yīng)用發(fā)展的潛在障礙之一。本文針對(duì)這一問題系統(tǒng)地研究了金剛石線鋸切割多晶硅片沿切割紋方向和垂直切割紋方向的力學(xué)性能，包括表觀彎折彈性模量和抗斷裂性能，并探究了抗斷裂性能的改善方法。為通過參照加深理解，我們基本平行地對(duì)單晶硅片和砂漿線鋸切割硅片也進(jìn)行了研究考察。用三點(diǎn)彎折測(cè)試法測(cè)量了硅片的表觀彎折彈性模量，并通過脈沖激振測(cè)試和彈性模量的各向異性計(jì)算，分析測(cè)量結(jié)果。結(jié)果表明，多晶硅片的彈性模量高于單晶硅片；硅片表觀彎折彈性模量低于其理論值，這是硅片表面粗糙度造成有效厚度降低的反應(yīng)；硅片切割工藝和彎折方向與切割紋方向的關(guān)系都會(huì)對(duì)硅片的表觀彎折彈性模量造成可觀影響。進(jìn)一步通過三點(diǎn)彎折測(cè)試法測(cè)量了各種硅片樣品的斷裂臨界應(yīng)變，以之評(píng)價(jià)硅片的抗斷裂性能。結(jié)果顯示，與砂漿線鋸切割硅片相比，金剛石線鋸切割硅片在沿切割紋方向上臨界應(yīng)變較高，但在垂直切割紋方向上更易斷裂；金剛石線鋸切割多晶硅片垂直切割紋方向的臨界應(yīng)變上只有砂漿線鋸的57%，這將使其在電池生產(chǎn)過程中碎片率過高。為考察表面狀態(tài)對(duì)硅片臨界應(yīng)變的影響，我們研究測(cè)量了經(jīng)化學(xué)腐蝕拋光處理的金剛石線鋸切割多晶硅片，發(fā)現(xiàn)拋光顯著提高了硅片的臨界應(yīng)變，且提高程度隨拋光加深而增大，與此同時(shí)臨界應(yīng)變的分散度也明顯增大；此外還發(fā)現(xiàn)沿切割紋方向的提高效果優(yōu)于垂直切割紋方向。研究發(fā)現(xiàn)，多晶硅片太陽電池制造中的酸刻蝕制絨過程對(duì)金剛石線鋸切割多晶硅片抗斷裂性能有顯著影響，大體上，富HNO3體系溶液制絨能提高硅片的臨界應(yīng)變，而富HF體系溶液制絨卻會(huì)降低其臨界應(yīng)變；此外減少刻蝕配方中水的比例以及提高過程溫度也有提高硅片臨界應(yīng)變的效果。退火處理也能有效提高臨界應(yīng)變，研究發(fā)現(xiàn)所需溫度并不高，400℃的低溫退火即可使金剛石線鋸切割多晶硅片的臨界應(yīng)變提高到和砂漿線鋸切割多晶硅片相似的水平。文中對(duì)硅片斷裂機(jī)制及兩類改善硅片抗斷裂性能的機(jī)制進(jìn)行了分析討論。
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