金刚线,按应用领域分,包括面向半导体行业、蓝宝石行业、磁性材料行业应用的金刚线,切割对象分别为半导体硅片、蓝宝石材料及磁性材料。
金刚线,按应用领域分,包括面向半导体行业、蓝宝石行业、磁性材料行业应用的金刚线,切割对象分别为半导体硅片、蓝宝石材料及磁性材料。
目前业界存在两种不同类型的金刚线——树脂金刚线和电镀金刚线。
1、树脂金刚线
树脂金刚石线是先将液态树脂和金刚石粉末均匀搅拌混合,在均匀附着于钢线上,最后经过特殊技术烘烤制成。电镀金刚石线就是以电镀金属为结合剂,通过金属的电沉积作用把金刚石磨料固结在芯线基体上而成,其中金刚石磨料的尺寸一般为几微米到几十微米。
2、电镀金刚线
电镀金刚石线采用金属镀层把金刚石固结在钢线上,镀层和钢线表面产生冶金结合,其固结强度是树脂固化后的机械包裹强度所不能比拟的。树脂金刚石线切割硅片时容易产生树脂脱皮和金刚石脱落,造成断线和硅片划伤,还可能影响后续制绒工艺。
随着电镀金刚石线的制造成品的降低和规模化效应的显现,树脂金刚石线的成本优势也将不复存在。MCCE 技术成功解决了多晶电池表面反射率高的难题,为电镀金刚石线在多晶切片领域大面积推广铺平了道路。
金刚线采用如电镀或树脂等特殊技术手段,将坚硬的金刚石均匀的固定在钢线上,利用镶嵌有金刚石的钢线和待切割材料之间的相互摩擦作用对硬脆材 料进行切割。相对于传统砂浆切割,具有切割速度快、切片品质高、切割损耗 小、切割液更环保等优点。
金刚线把金刚石的微小颗粒固结在切割钢线上制成的切割线,使用时将金刚线安装于切割机上,启动切割机使金刚线高速转动,固结于其上的金刚石颗粒进行切割,用于硅棒截断、硅锭开方及硅片切割,其切割性能直接影响硅片质量及组件光电转换性能。据统计,金刚线占单晶硅片的成本比重仅1%,占非硅成本仅6.51%。
目前金刚线的母线材料为高碳钢,高碳钢丝线径进一步降低可能出现力学 性能不足的等问题,实验室证实钨丝线径可以更细、承受更大拉力,是未来金刚线母线材料可能的发展方向之一。
光伏行业降本增效动力更强,单晶 PERC 电池转换效率不断提高,金刚线细线化持续推进,单晶较多晶的优势进一步拉大,单晶组件在终端占比不 断提升,2020 年基本完成对多晶的替代。从发展历史来看,金刚线对切片的降 本优势,拉开了单晶替代多晶的序幕,助推光伏行业技术迭代。
2021 年以来,随着硅料价格不断上涨,光伏硅片、电池片、组件等下游环节硅成本压力持续增加,迫使下游各环节进一步降本。在此背景下,硅片薄片化与金刚线细线化加速推进。
全球范围内,以光伏、风电为代表的可再生能源在全球能源消费结构中的比例不断上升成为全球能源结构转型的发展方向。2011-2021 年,全球能源消费结构中可再生能源的占比由 2.15%增长至 2021 年的 6.71%。光伏行业为可再生能源的重要载体。全球能源结构的转型持续推动光伏行业市场需求的增长,进而带动金刚线行业的发展。
金刚线直径及微粉粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关,较小的线径和微粉粒度有利于降低切削损耗和生产成本,符合硅片生产环节大尺寸及薄片化的发展趋势。目前受材料特性限制,碳钢母线线径逐步接近其材料的物理极限,进一步细线化存在困难。
相较于碳钢线,钨丝线具备高破断拉力值、高扭转值等优异性能表现,在使用更细的线径后,能够有效降低硅片生产环节的碎片率。在目前硅料价格较高的背景下,尽管钨丝线相较碳钢线单价更高,硅片生产企业使用钨丝线,仍能通过减少切割的硅损耗提升生产效益。
2021 年至今,岱勒新材、三超新材、聚成科技、原轼新材等均逐步开展钨丝线的研发和生产,厦门钨业、中钨高新等逐步拓展光伏用钨丝母线的产能。随着钨丝线的推广应用,预计金刚线市场空间将进一步得到拓展。
金刚线线径越细,锯缝越小,切割时产生的锯缝硅料损失越少,同样一根硅棒可切割加工出的硅片数量越多,制造硅片所需的硅材料越少。金刚线母线直径已由2016年的80μm降至2019年的50μm,相应降低了切割料损。
近年来,在“互联网+”和“中国制造2025”等国家战略的推动下,光伏切割设备也逐步注重与互联网、智能化技术、数字化管理技术相结合,以建设智能制造车间,包括设备信息化、设备智能化以及在线工艺智能控制等,利用物联网技术实现车间设备智能通讯,利用计算机、总线控制、通讯、智能数据分析处理等技术实现全产业链信息协同管理及检测与决策的智能化等。
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