Corte de silício monocristalino com fio diamantado contínuo

Abstract

Com intuito de tornar a tecnologia fotovoltaica mais viável, a indústria tem voltado esforços para otimizar a etapa de wafering. O uso do fio diamantado apresenta-se como alternativa devido ao significativo aumento de produtividade juntamente com a melhoria na integridade da superfície. Todavia, as estratégias de otimização necessitam de investigações que visem correlacionar os parâmetros do processo de corte com o resultado de trabalho. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa é investigar experimentalmente o processo de corte de silício monocristalino com fio diamantado contínuo. Na primeira etapa, foi desenvolvido e implementado um sistema eletromecânico baseado em uma eletrônica dedicada junto a uma interface de comando que permitiu a variação da velocidade de avanço (????). Subsequente, foi desempenhada uma etapa experimental utilizando fio diamantado eletrodepositado para o corte de silício monocristalino segundo um planejamento fatorial completo. Os parâmetros velocidade de avanço (????) (20, 30 e 40mm/min), velocidade de corte (????) (10, 15 e 20m/s) e tensão do fio diamantado (????????) (20 e 30N) foram variados a fim de analisar a força de avanço (????) e a integridade da superfície em termos da morfologia, transformação de fases, rugosidade e microtrincas na subsuperfície. Os efeitos dos parâmetros foram analisados empregando análise de variância. Como resultado, verificou-se que a progressão da ???? e da ???????? acarretaram no aumento da ???? em +78% e +20%, respectivamente. Por outro lado, observou-se o decréscimo na ???? em até -66% com o aumento da ????. O volume de material removido por metro de fio diamantado (??) exerceu influência diretamente proporcional a ????. O aspecto morfológico mostrou que as superfícies usinadas sofreram remoção de material tanto no regime frágil quanto dúctil, na qual a remoção frágil foi confirmada pela presença da fase Si-I e para remoção dúctil pelas fases Si-XII, Si-III e a-Si. A rugosidade ???? aumentou em +17% e +41% para a progressão da ???? e da ????????, respectivamente. Para o aumento da ????, ???? reduziu -10%. Para a profundidade média de microtrincas, verificou-se que a ???? acresce em até +18%. Por outro lado, o aumento da ???? resultou na redução de -20% dos danos. Para a variação da ????????, não houve efeito significativo. A melhoria da integridade da superfície do silício monocristalino está diretamente associada à redução da ???? e aumento da ???? e ????????.

Abstract: In order to make photovoltaic technology more feasible, the industry has been made efforts to optimize the wafering stage. The use of diamond wire is an alternative because of the significant increase in productivity along with an improved surface integrity. However, optimization strategies require investigations that correlate the process parameters with the sawn surface. In this context, the objective of this research is to investigate experimentally the process of cutting monocrystalline silicon with endless diamond wire saw. As a first step, an electromechanical system was developed and implemented based on an electronic device dedicated combined with a command interface that allowed the variation of the feed speed (v). Therefore, the experimental step was performed using electroplated diamond wire to cut monocrystalline silicon according to a full factorial design. The feed speed (????) (20, 30 and 40mm/min), the cutting speed (????) (10, 15 and 20m/s) and the tensile of the diamond wire (????????) (20 and 30N) were varied in order to analyze the feed force (????) and surface integrity in terms of morphology, phase transformation, roughness, and microcracks. The parameters effects were analyzed using analysis of variance. As a result, it was found out an increase of +78% and another of +20% in ???? as a result of the progression of ???? and ????????, respectively. On the other hand, a decrease of ???? in -66% was observed under increase of ????. The volume of removed material per meter of the diamond wire saw (??) also provided an increase in ????. The morphological aspect showed that the material removal in sawn surfaces occurred in both brittle and ductile regimes, in which brittle removal was confirmed by the presence of the Si-I phase and ductile removal, by Si-XII, Si-III and a-Si phases. The roughness ???? increased +17% and +41% under progression of ???? and ????????, respectively. Under increase of ????, ???? decreased -10%. For average depth of microcracks, it was found out that progression of ???? increased to +18%. On the other hand, the increase of ???? resulted in a reduction of -20% of the subsurface damages. Under ???????? variation, there was no significant effect. Finally an improvement of the surface integrity of the monocrystalline silicon is directly associated with reduction of ???? and increase of ???? and ????????