CN102814866B - 一种准单晶硅锭的切割方法及硅片制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准单晶硅锭的切割方法及硅片制造方法，以解决现有技术中切割准单晶硅锭时，不能将准单晶硅锭中生长单晶边缘部分切割为完整的一类硅块，获取的一类硅片数量较少的问题。本发明中，在正面外形尺寸为第一尺寸的准单晶硅锭上，确定一能将所述准单晶硅锭中生长单晶部分全部包围的正方形边长尺寸，作为第二尺寸；采用与第二尺寸匹配度最大的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为固定大小的硅块；其中，所述匹配度最大指切割出固定大小硅块的数量最多。通过本发明能够获得更多数量的具有产业化价值的一类硅片，提高准单晶硅锭一类品得率。

Description

一种准单晶硅锭的切割方法及硅片制造方法

技术领域

本发明涉及光伏行业中晶体硅制造工艺技术领域，尤其涉及一种准单晶硅锭的切割方法及硅片制造方法。

背景技术

光伏行业中，用于制造太阳能电池的晶体硅主要有单晶硅和多晶硅两种，利用单晶硅制造电池，电池转换效率高，但是单次投料少，操作复杂，成本高；利用多晶硅制造电池，单次投料大，操作简单，工艺成本低，但是电池转换效率低，电池寿命短。

准单晶是介于多晶硅和单晶硅之间的一种材料，采用多晶硅铸锭工艺进行生产而获得的准单晶硅锭，硅锭的中间部分基本为单晶，而边角部分基本为多晶，其外观和电性能均类似单晶硅，在电池制造工艺中得到越来越广泛的应用。

现有的光伏电池片所用的硅片，正面外形尺寸多数为156mm*156mm，因此需要将硅锭切割开方为156mm*156mm*硅锭高度的小方锭后，再进行切片工序生产为硅片及电池片。并且为了提高制作电池的光电转换效率，利用准单晶硅锭制作电池时，往往仅需要保留准单晶硅锭中间部分含单晶硅比例比较高的一类硅片，而将边部含单晶硅比例比较低的二类硅片、三类硅片做重新投炉等其他方式处理。

现有的准单晶硅锭切割处理方法多采用与切割多晶硅锭相同的开方方式进行切割，切割多晶硅锭时，由于需要尽量多的将硅锭切割为156mm*156mm*硅锭高度的小方锭，保留下来，因此一般都是采用与硅锭外形尺寸匹配度最高的方式进行开方，即在硅锭中采用获取到最多数量的小方锭的最大开方方式进行切割，比如，对于正面外形尺寸约为840mm*840mm的G5多晶硅锭，一般就采用中间开方为5*5，各边切除20-30mm左右宽度的边皮，最终获得25块小方锭；对于正面外形尺寸约为1000mm*1000mm的G6多晶硅锭，一般就采用中间开方为6*6，各边切除20-30mm左右宽度的边皮，最终获得36块小方锭。采用上述多晶硅锭切割方式进行准单晶硅锭切割时，切割出的小方锭可制作为应用价值较高的一类硅片，仅仅为中间部分数量较少的全部为单晶的小方锭，例如G5的切割方式中，只有中间的9块小方锭具有产业化利用价值，G6的切割方式中，只有中间的16块具有产业化利用价值，其余被切下的小方锭都将被进行重新回炉等其他廉价的方式处理。然而在这些废弃的小方锭中，在生长单晶硅与多晶硅交界的部分，大部分都是含有单晶硅比例较高的硅片，但切割出的硅片由于包含一部分单晶、一部分多晶，因此只能作为无产业化利用价值的二、三类硅片，由于单晶硅片的得率下降，使得原本通过该方式降低的单晶硅生产成本再次大幅增加，成为目前准单晶发展的主要瓶颈。

因此，发明人在实施本发明的过程中发现现有技术中，采用与硅锭外形尺寸匹配度最高的开方方式进行切割准单晶硅锭时，获取的一类硅片的数量较少，并会使部分生长有单晶硅的硅锭被浪费，生产成本比较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种准单晶硅锭的切割方法及硅片制造方法，以解决现有技术中切割准单晶硅锭，获取的一类硅片的数量较少，单晶硅片得率不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种准单晶硅锭的切割方法，该方法包括：

确定被切割的准单晶硅锭的正面外形尺寸，作为第一尺寸；

根据所述第一尺寸确定一能将所述准单晶硅锭中生长单晶部分全部包围的正方形边长尺寸，作为第二尺寸；

采用与第二尺寸匹配度最大的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为固定大小的硅块；

其中，所述匹配度最大指切割出固定大小硅块的数量最多。

本发明还提供了一种硅片制造方法，该方法包括：

制作准单晶硅锭；

按照上述的准单晶硅锭切割方法将准单晶硅锭切割为固定大小的硅块；

将所述硅块按照设定的硅片厚度切割为硅片。

本发明提供的准单晶硅锭切割方法，采用与覆盖准单晶硅中生长单晶部分的尺寸匹配度最大的开方方式切割准单晶硅，能够获得更多数量的满足用户需求，并具备产业化利用价值的一类硅片，提高准单晶硅锭一类品得率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的准单晶硅锭切割方法流程图；

图2A为现有技术中G6准单晶硅锭切割方法示意图；

图2B为本发明实施例提供的G6准单晶硅锭切割方法示意图；

图3为本发明实施例提供的G7准单晶硅锭切割方法示意图。

具体实施方式

本发明中，采用与覆盖准单晶硅中生长单晶部分的尺寸匹配度最大的开方方式切割准单晶硅，能够获得更多数量的具有产业化价值的一类硅片。

本发明实施例一提供了一种准单晶硅锭的切割方法，如图1所示，具体包括：

步骤S101：确定被切割的准单晶硅锭的正面外形尺寸，作为第一尺寸。

具体的，被切割的准单晶硅锭可以包括现有的，正面外形尺寸约为840mm＊840mm的G5准单晶硅锭，正面外形尺寸约为1000mm＊1000mm的G6准单晶硅锭和正面外形尺寸约为1150mm＊1150mm的G7准单晶硅锭。

步骤S102：根据确定的第一尺寸，在正面外形尺寸为第一尺寸的准单晶硅锭上，确定一能将所述准单晶硅锭中生长单晶部分全部包围的正方形边长尺寸，作为第二尺寸。

具体的，当被切割的准单晶硅锭确定以后，其中间生长单晶部分的面积也就基本可以确定，根据目前各个厂家制作工艺的不同，生长单晶部分的面积一般可以达到整个准单晶硅锭正面外形尺寸的70%左右。

步骤S103：采用与第二尺寸匹配度最大的开方方式，将所要切割的准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为固定大小的硅块。

具体的，第二尺寸小于第一尺寸，匹配度最大指切割出固定大小硅块的数量最多，并且切割出的硅块正面外形尺寸，优选156mm*156mm。

本发明提供的准单晶硅锭切割方法，采用与覆盖准单晶硅中生长单晶部分的尺寸匹配度最大的开方方式切割准单晶硅，能够获得更多数量的，并满足用户需求的一类硅片，提高准单晶硅锭一类品得率。

优选的，本发明实施例二将对上述步骤S103中，采用与第二尺寸匹配度最大的开方方式，将准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为固定大小的硅块的具体实施方式进行进一步详细说明，当然并不引以为限。

首先，根据固定大小硅块的正面外形尺寸与第二尺寸，确定第二尺寸内能够切割出固定大小硅块的数量N。

然后，根据能够切割出所述固定大小硅块的数量N，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域，其中，m*m=N。

最后，采用与m*m个小正方形区域完全重合的开方方式，将准单晶硅锭切割为N个固定大小的硅块。

优选的，可将分割得到的m*m个小正方形区域以正方形阵列形式排布，组成正方形阵列区域；采用与所述m*m个小正方形区域组成的正方形阵列区域完全重合的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为N个固定大小的硅块。

更为优选的，在确定了第二尺寸内能够切割出固定大小硅块的数量N以后，可以对能够切割出所述固定大小硅块的数量N取模，并根据取模得到的余数进行N的奇偶性判断；根据所述N的奇偶性判断结果，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域。

例如可以利用N对2取模，取模得到的余数为1时，则N为奇数，余数为2，则N为偶数。

进一步的，对于N为偶数时，可以采用如下方式，将边长尺寸为第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域分割为m*m个小正方形区域：

以包围生长单晶部分的正方形区域的中心点为起点，并以固定大小硅块的正面外形尺寸为步长，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域。

对于N为奇数时，可以采用如下方式，将边长尺寸为第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域分割为m*m个小正方形区域：

以包围生长单晶部分的正方形区域的中心点作为小正方形区域的中心点，并以所述固定大小硅块的正面外形尺寸为步长，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域。

本发明提供的准单晶硅锭切割方法，采用与覆盖准单晶硅中生长单晶部分的尺寸匹配度最大的开方方式切割准单晶硅，能够获得更多数量的，并具有产业化价值的一类硅片，提高准单晶硅锭一类品得率。

本发明实施例三将结合实际应用对实施例一和实施例二中的准单晶硅锭切割方法进行详细说明。

本发明实施例中，一方面以对G6准单晶硅锭采用本发明涉及的切割方法进行准单晶硅锭进行切割为例进行说明。

现有的G6准单晶硅锭，正面外形尺寸大约为1000mm＊1000mm，生长单晶部分占整个准单晶硅锭的70%左右，因此，将G6准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为156mm*156mm的固定大小硅块时，按照实施例二中确定能够切割出的固定大小硅锭数量的方法，可确定N为25。

具体的，将G6的准单晶硅锭固定在相应的晶托上，进行切割线布线时，将其中心点与切割出的小正方形组成的正方形阵列的区域中心点相重合，如图2B所示，采用本发明实施例提供的准单晶硅锭切割方法可将G6硅锭切割为25块，采用这种方式可切割出的25块优质的一类硅块。如图2A所示为现有技术中G6准单晶硅锭的切割方法示意图，由图2A和图2B可知，原有G6准单晶硅锭切割得到36块固定大小的硅块，但是能够得到一类品硅片的硅块只有16块，准单晶硅锭得率为44%左右，采用本发明实施例提供的准单晶硅锭切割方法，使得可切割为一类品硅片的硅块数量由16块提高为25块，准单晶硅锭的一类品得率提高到69%左右，即本发明中将中间大部分生长单晶硅较多的硅锭较多数量的切割为完整的一类硅块，将G6准单晶硅锭一类品的得率提高。

进一步的，为了能将生长单晶部分全部包围，并又能简化切割工艺，本发明实施例中可采用原有G5多晶硅锭的切割方式进行G6准单晶硅锭的切割，将G6准单晶硅锭切割为25块，实现在不增加生产设备，也不改变铸锭工艺的情况下，完成G6准单晶硅锭的切割，并提高G6准单晶硅锭一类品的得率。

本发明实施例，另一方面以正面外形尺寸约为1150mm＊1150mm的G7准单晶硅锭进行切割为例进行说明，G7准单晶硅锭按照现有的制造工艺，能够切割出具备产业化利用价值的一类硅片的硅块数量在36块左右，因此，本发明实施例中同样可在不增加生产设备，也不改变铸锭工艺的情况下，可按照原有G6多晶硅锭的切割方式进行切割。

具体的，将G7的准单晶硅锭固定在相应的晶托上，按照如图3所示的准单晶硅锭切割线布线方式，即正方形区域的中心点为起点，并以156mm＊156mm为步长，将正方形区域，分割为6*6个且边长为156mm的小正方形区域，最终将G7硅锭切割为36块，由图3可得，边皮厚度由30mm变为108mm，但是采用这种方式可切割出36块优质的一类硅块，并且大部分生长单晶硅较多的硅锭能够较多数量的切割为完整的一类硅块，提高准单晶硅锭一类品的得率。

本发明实施例中，G7的准单晶硅锭采用与G6的多晶硅锭正面外形尺寸匹配度最大的开方方式进行开方，G6的准单晶硅锭采用与G5的多晶硅锭正面外形尺寸匹配度最大的开方方式进行开方，能够获得更多数量的具有产业化价值的一类硅片，提高准单晶硅锭一类品得率。

本发明实施例三还提供了一种制造硅片的工艺方法。

具体的，首先，采用现有技术中制造准单晶硅锭的工艺方法制造准单晶硅锭，主要包括以下步骤：

1、选取单晶籽晶紧密并均匀的铺设在坩埚底部。

2、在单晶籽晶上添加多晶硅硅料及根据目标电阻率相配合的合金。

3、将上述装有硅料的坩埚装入多晶硅铸锭炉进行晶体生长。

4、将生长完成的准单晶硅锭冷却到一定温度后出炉。

通过上述方法即可生长出准单晶硅锭。

其次，按照本发明实施例一提供的准单晶硅锭切割方法进行准单晶硅锭的切割。

5、将经上述过程生长出的准单晶硅锭放到晶体切割托盘上。

6、将多线切方机按照实施例一中的方法，根据被切割的准单晶硅锭中生长单晶部分的面积进行切割线布线。

7、将固定好的准单晶硅锭放入多线切割机并调整位置，进行准单晶硅锭的开方。

最后，将切割出的硅块按照设定的硅片厚度切割为硅片。

具体的，当切割好硅块后，需要对硅块进行检测，将满足用户规格要求的硅块进行切割。

本发明提供的硅片制造工艺方法，采用与覆盖准单晶硅中生长单晶部分的尺寸匹配度最大的开方方式切割准单晶硅，能够获得更多数量的具有产业化价值的一类硅片，提高准单晶硅锭一类品得率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种准单晶硅锭的切割方法，其特征在于，该方法包括：

在正面外形尺寸为第一尺寸的准单晶硅锭上，确定一能将所述准单晶硅锭中生长单晶部分全部包围的正方形边长尺寸，作为第二尺寸；

采用与第二尺寸匹配度最大的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为固定大小的硅块；

其中，所述第二尺寸小于所述第一尺寸，所述匹配度最大指切割出固定大小硅块的数量最多。

2.如权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述采用与第二尺寸匹配度最大的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为正面外形尺寸为固定大小的硅块，具体包括：

根据所述固定大小硅块的正面外形尺寸与所述第二尺寸，确定所述第二尺寸内能够切割出所述固定大小硅块的数量N；

根据能够切割出所述固定大小硅块的数量N，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域，其中，m*m＝N；

采用与所述m*m个小正方形区域完全重合的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为N个固定大小的硅块。

3.如权利要求2所述的切割方法，其特征在于，在确定了所述第二尺寸内能够切割出所述固定大小硅块的数量N后，该方法还包括：

对能够切割出所述固定大小硅块的数量N取模，并根据取模得到的余数进行N的奇偶性判断；

根据所述N的奇偶性判断结果，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域。

4.如权利要求3所述的切割方法，其特征在于，当确定的所述第二尺寸内能够切割出固定大小硅块数量N为偶数时，所述将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域，具体包括：

以包围生长单晶部分的正方形区域的中心点为起点，并以所述固定大小硅块的正面外形尺寸为步长，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域。

5.如权利要求3所述的切割方法，其特征在于，当确定的所述第二尺寸内能够切割出固定大小硅块数量N为奇数时，所述将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域，具体包括：

以包围生长单晶部分的正方形区域的中心点作为小正方形区域的中心点，并以所述固定大小硅块的正面外形尺寸为步长，将边长尺寸为所述第二尺寸且包围生长单晶部分的正方形区域，分割为m*m个且边长为所述固定大小硅块的正面外形尺寸的小正方形区域。

6.如权利要求2-5任一项所述的切割方法，其特征在于，该方法还包括：

将所述m*m个小正方形区域以正方形阵列形式排布，组成正方形阵列区域；

采用与所述m*m个小正方形区域组成的正方形阵列区域完全重合的开方方式，将所述准单晶硅锭切割为N个固定大小的硅块。

7.如权利要求1-5任一项所述的切割方法，其特征在于，所述固定大小硅块的正面外形尺寸为：

156mm*156mm。

8.一种硅片制造方法，其特征在于，该方法包括：

制作准单晶硅锭；

按照权利要求1-7任一项所述的准单晶硅锭切割方法将所述准单晶硅锭切割为固定大小的硅块；

将所述硅块按照设定的硅片厚度切割为硅片。