CN100565935C - 超薄太阳能级硅片及其切割工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超薄太阳能级硅片及其切割工艺，属于太阳能电池领域。超薄太阳能级硅片本体为上、下两平行平面组成的方形薄片，方形薄片四角为四个相同的45°倒角，上、下两平面的距离为165μm-195μm范围，翘曲度小于75μm，表面光洁、平整、无瑕疵。超薄太阳能级硅片切割工艺是采用硅晶棒开方机将硅晶圆棒直接切割成截面为方形、四角为相同45°倒角的八角方型柱体，切削余料为块状，可回炉再利用。还采用优化切割工艺在多线切割机上切割成超薄太阳能级硅片，保证超薄太阳能级硅片的制造质量，提高生产效率，降低了超薄太阳能级硅片的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种超薄太阳能级硅片及其切割工艺，属于太阳能电池领域。
背景技术
目前太阳能级电池硅片是将单晶圆形硅棒切割而成。国内硅晶材料稀缺，价格昂贵，随着可再生能源的广泛应用，太阳能级硅片的市场需求量越来越大。传统的即目前国际上普遍使用的太阳能硅片为四角为圆角的方形薄片，厚度在200μm以上，这种太阳能级硅片的加工程序为：先将圆形硅棒开方切割成截面为方形、四角留有坯棒圆棱的柱体，而后再用砂轮将坯棒圆棱滚磨到标准圆角尺寸，磨削量约为2mm-4mm。这种截面状的太阳能级硅片存在以下缺点：一是滚磨加工下来的废屑为粉末状，飘扬在空气中污染环境，且不能回收再利用；二是滚磨加工容易损伤柱体圆棱，发生崩边和爆裂等质量问题，从而降低了成品的合格率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加工简便，产品合格率高，制造成本低的超薄太阳能级硅片。
实现上述目的的技术方案是：提供一种超薄太阳能级硅片，其本体为由上、下两平行平面组成的方形薄片，方形薄片四角为四个相同的45°倒角。本体上、下两平面的距离在165μm-195μm范围内，翘曲度小于75μm，表面光洁、平整、无瑕疵。
本发明还提供了一种超薄太阳能级硅片的切割工艺，其切割工序由单晶圆形硅棒开方和单晶方形硅棒切片二道工序组成，圆形硅棒开方切割工艺是将检验合格的圆形硅棒粘接在晶棒托上，而后安装到硅晶棒开方机的工作台上，通过两次开方和两次倒角，切割出四角为四个相同的45°倒角方形硅棒，开方和倒角时钢线速度为9-12米/秒，工件速度600-800微米/分钟；方形硅棒切片切割工艺是将开方后四角为四个相同的45°倒角的方形硅棒经超声清洗和高纯氮气吹干后，粘贴在玻璃板上，用2-2.5kg重的铁块压紧2-3个小时后，取下铁块，静止放置8-10小时，而后安装到多线切割机上进行切片。切片切片使用φ110-130μm钢线，切片时钢线走线速度550-650米/分钟，工件进给速度220-350μm/min，多线切割机导轮槽距320-345μm；切割时必需使用由悬浮液和金钢砂搅拌均匀的砂浆。
上述砂浆的砂浆密度为1.60-1.68克/立方厘米，砂浆流量为60-110L/min，砂浆温度在20-30℃范围内。
采用上述技术方案后，改变传统用砂轮滚磨四角为圆角的工序为采用硅晶棒开方机将硅晶圆棒直接切割成截面为方形、四角为相同45°倒角的八角方型柱体，并采用优化切割工艺在多线切割机上切割成超薄太阳能级硅片，其优点为：(1)超薄太阳能级硅片完全由精密机床切割而成，加工工艺先进而简单，质量优、精度高，切削余料可回收再利用，降低了产品的制造成本。(2)超薄太阳能级硅片在制造过程中，圆形硅棒开方是在硅晶棒开方机的工作台上，通过两次开方和两次倒角完成，免除了砂轮滚磨半成品硅晶棒柱体圆棱的加工工序，不再发生棱角崩边和爆裂现象，提高了生产效率和成品的合格率。(3)由于采用优化的超薄太阳能级硅片切割工艺，使硅片的厚度从200μm降至180μm，并保证其本体的翘曲度小于75μm，每公斤硅晶圆棒的硅片产出量增加，经济效益有了较大提高。
附图说明
图1为本发明的立体示意图；
图2为本发明主视示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明切割工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
(实施例1)
见图1、图2和图3所示为超薄太阳能级硅片立体示意图、主视图和俯视图。本实施例为规格125mmX125mm的超薄太阳能级硅片，由上、下两平行平面2、3组成，其四角4为四个相同的45°倒角。上、下两平面2、3的距离在165μm-195μm范围内，翘曲度小于75μm，表面光洁、平整、无瑕疵。
见图4所示为超薄太阳能级硅片切割工艺示意图。
本实施例的加工方法是采用硅晶棒开方机将A＝Φ156mm硅单晶圆棒两次开方和两次倒角，将其切割成截面为C＝125mm方形、四角为四个相同的45°倒角、对边距离为B＝147.02mm的八角方形柱体。开方和倒角的切割工艺参数为钢线进线速度11米/秒，工件速度700微米/分钟。
将开方后的方形硅棒经超声清洗和高纯氮气吹干后，粘贴在玻璃板上，用2kg重的铁块压紧2小时后，取下铁块，静止放置8小时，而后安装到多线切割机上进行切片。切片使用φ120μm钢线，钢线走线速度280米/分钟，工件进给速度为300μm/min，切割成厚度为180μm±15μm，翘曲度小于75μm的超薄太阳能级硅片。
多线切割机导轮槽距也是决定硅片厚度的重要参数，本工艺选择的导轮槽距为330μm。
钢线高速行走的同时需将砂浆带入与工件接触，砂浆附着在钢线上，通过磨擦力切削硅片。砂浆的配比密度、粘度及其流量与硅片切割质量有密切关系，本切割工艺采用了日本南兴公司生产、型号150#的金钢砂，将其与悬浮液搅拌均匀，成密度为1.60克/立方厘米的砂浆。砂浆流量需作控制，并进行合理分配，本工艺选择的砂浆流量为65L/min。砂浆温度高低也会影响硅片加工质量和切割效率，本工艺选择的砂浆温度为25℃。
由于本实施例的厚度为180μm±15μm，比现有的普通太阳能级硅片200μm±15μm薄，经计算每公斤可多切割4片，每吨可多产4000片，若每片为55元，可增加收入22万元。
(实施例2)
实施例2为规格156mmX156mm的超薄太阳能级硅片，其主体1由上、下两平行平面2、3组成，其四角4为四个相同的45°倒角。上、下两平面2、3的距离在165μm-195μm范围内，翘曲度小于75μm，表面光洁、平整、无瑕疵。
本实施例的加工方法是采用硅晶棒开方机将A＝Φ203mm硅单晶圆棒两次开方和两次倒角，将其切割成截面为C＝156mm方形、四角为四个相同的45°倒角，对边距离为B＝195mm的八角方型柱体。开方和倒角的切割工艺参数为钢线速度11米/秒，工件速度700微米/分钟。
将开方后的方形硅棒经超声清洗和高纯氮气吹干后，粘贴在玻璃板上，用2kg重的铁块压紧个2.8小时后，取下铁块，静止放置10小时，而后安装到多线切割机上进行切片。切片使用φ120μm钢线，切片时钢线走线速度600米/分钟，工件进给速度260μm/min，切割成厚度为180μm±15μm，翘曲度小于75μm的超薄太阳能级硅片。
本工艺选择的多线切割机导轮槽距为330μm。
本工艺选择的砂浆流量为80L/min，选择的砂浆温度为25℃。
本实施例其厚度比现有的普通太阳能级硅片薄，经计算每公斤可多切割5片，每吨可多产5000片，若每片为50元，可增加收入25万元。
Claims (4)
1、一种超薄太阳能级硅片，其本体(1)为由上、下两平行平面(2、3)组成的方形薄片，其特征在于：本体(1)的上、下两平面(2、3)的距离在165μm-195μm范围内，方形薄片四角(4)为四个相同的45°倒角。
2、根据权利要求1所述的超薄太阳能级硅片，其特征在于：所述本体(1)翘曲度小于75μm，表面光洁、平整、无瑕疵。
3、一种制造如权利要求1所述超薄太阳能级硅片的切割工艺，其特征在于：切割工艺由圆形硅棒开方和方形硅棒切片二道工序组成；圆形硅棒开方切割工艺是将检验合格的圆形硅棒粘接在晶棒托上，而后安装到硅晶棒开方机的工作台上，经两次开方和两次倒角，切割出四角为四个相同的45°倒角的方形硅棒；开方和倒角时钢线速度为9-12米/秒，工件速度600-800微米/分钟；方形硅棒切片切割工艺是将开方后四角为四个相同45°倒角的方形硅棒经超声清洗和高纯氮气吹干后，粘贴在玻璃板上，用2-2.5kg重的铁块压紧2-3小时后，取下铁块，静止放置8-10小时，而后安装到多线切割机上进行切片；切片使用φ100-130μm钢线，钢线走线速度550-650米/分钟，工件进给速度220-350μm/min，多线切割机导轮槽距320-345μm；切割时必需使用由悬浮液和金钢砂搅拌均匀的砂浆。
4、根据权利要求3所述的一种超薄太阳能级硅片的切割工艺，其特征在于砂浆密度为1.60-1.68克/立方厘米，砂浆流量为60-110L/min，砂浆温度在20-30℃范围内。
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