CN102828231A - 类单晶铸锭籽晶体的制作方法及类单晶铸锭的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法，包括如下步骤：先将表面设有四个棱线(11)的整体单晶棒(1)切割成多个小段圆柱单晶棒(2)；然后小段圆柱单晶棒(2)沿经过每相邻两条棱线(11)的四个第一平面(12)，或者沿平行于四个第一平面(12)的四个第二平面(13)切割小段圆柱单晶棒(2)，将小段圆柱单晶棒(2)切割成位于中部的主体部分(3)和位于主体部分(3)外侧的边皮料(4)；再将多个边皮料(4)的长方形侧面(41)向下并排设置，拼接形成籽晶体。这种方法将边皮料(4)加以利用形成籽晶体，减小了制作类单晶铸锭的生产成本。本发明还公开一种包括上述制作方法的类单晶铸锭制作方法，具有相同的技术效果。

Description

类单晶铸锭籽晶体的制作方法及类单晶铸锭的制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法。此外，本发明还涉及一种类单晶铸锭的制作方法。

背景技术

目前市场上太阳能电池组件使用的电池片主要以单晶硅片和多晶硅片作为基底。单晶电池片晶向为[100]，碱制绒后硅片表面为倒金字塔绒面，反射率低，转化效率较高。但是，拉制单晶硅棒过程中，单炉运行周期长、产能小，成本高。多晶电池片使用的多晶硅片来源于多晶铸锭，单炉运行周期短、产能大，成本较低，转化效率也低。

而目前市场上出现的类单晶铸锭技术，即使用多晶铸锭定向生长系统通过特殊的装料工艺和硅料熔化、生长工艺铸造类单晶铸锭。这种类单晶铸锭相比较多晶铸锭来说，其内部硅晶粒晶向一致，有效降低了铸锭内部空位、替位、位错、孪晶、晶界等物理缺陷，有效提高铸锭多晶电池片转化效率，成本也较制作单晶电池片的成本降低很多。因此，使用类单晶铸锭技术加工制作类单晶铸锭逐渐成为制作电池基底铸锭的主流方法。

使用多晶铸锭定向生长系统铸造类单晶，需要在熔融硅料初始结晶处放置籽晶体块(晶种)，使熔融硅料以籽晶体块为基底开始结晶生长，最终生长成适合制作太阳能电池片的类单晶铸锭。

籽晶体作为类单晶结晶基底，要求如下：

A：晶向一致，为<100>晶向族；B：尺寸固定，易于摆放；C：表面光滑，不破坏铸锭承载坩埚内表面；D：纯度高，硅单质纯度在99.9999％之上。

基于上述类单晶用籽晶体的要求，目前市场上均采用单晶棒加工制造籽晶体。请参考图1，图1为现有技术中类单晶铸锭籽晶体的制作方法的加工步骤图。

如图1所示，现有技术中采取如下步骤进行加工制作籽晶体：

首先，提供横截面晶向为[100]的整体单晶棒1，拉直整体单晶棒1，获取铸锭籽晶体的原材料，并保证后续制作过程中切割籽晶体的准确度，然后，将单晶棒的首尾去掉。再将上述单晶棒进行破段处理，即将其切割成多个小段圆柱单晶棒2；再将每个小段进行破方处理，即将每个小段切割成中部的主体部分3和主体部分3外侧的四个边皮料4。最后将每个主体部分3切割成多个薄板31，将这些多个薄板31工整、不留缝隙地并排设置即可形成籽晶体5，将该籽晶体铺设在坩埚底部，即可使用多晶铸锭炉生产出类单晶铸锭。而切割处的边皮料4则作为下脚料回收处理。

这种直拉单晶棒切割籽晶体，具备晶向一致、纯度高、表面光滑规则等优点，但是其成本较高，一根120kg直拉单晶硅棒硅料成本在25000元，加工硅棒成本在15000元，而一根单晶棒只能满足两炉类单晶铸锭使用，即一炉类单晶只用于切割籽晶体的成本在2万元人民币。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，针对上述类单晶铸锭籽晶体的制作方法做进一步优化设计，使其在保证籽晶体质量的前提下，降低其生产加工成本。

发明内容

本发明的目的为提供一种类单晶铸锭的制作方法，该方法能够减少使用材料、降低生产成本。在此基础上，本发明的另一目的为提供一种类单晶铸锭的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：

11)提供横截面晶向为[100]的整体单晶棒，所述整体单晶棒的表面均匀设有四条平行于其轴线的棱线，将整体单晶棒切割成多个小段圆柱单晶棒；

12)沿经过每相邻两条所述棱线的四个第一平面切割所述小段圆柱单晶棒，或者沿分别平行于四个所述第一平面的四个第二平面切割所述小段圆柱单晶棒，将所述小段圆柱单晶棒切割成位于中部的主体部分和位于所述主体部分外侧的边皮料；

13)将多个所述边皮料的长方形侧面向下并排设置，拼接形成籽晶体。

优选地，所述步骤12)中，沿分别设于四个所述第一平面外侧、且对称设置的四个所述第二平面切割所述小段圆柱单晶棒，以使每个小段圆柱单晶棒切割后形成的四个边皮料相同，且四个所述边皮料对称设于所述主体部分外侧。

优选地，所述步骤12)与所述步骤13)之间还包括步骤：

121)沿平行于所述轴线且垂直于所述长方形侧面的截面切除所述边皮料的两侧边缘部分。

优选地，所述步骤121)在所述边皮料的厚度大于或等于15mm处切割。

优选地，所述步骤121)在所述边皮料的厚度等于15mm处切割。

优选地，所述步骤11)中切割所述整体单晶棒之前还包括：

对所述整体单晶棒拉直处理。

本发明提供一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：首先，将整体单晶棒切割成多个小段圆柱单晶棒；然后沿经过每相邻两条棱线的四个第一平面切割所述小段圆柱单晶棒，或者沿分别平行于四个第一平面的四个第二平面切割小段圆柱单晶棒，将小段圆柱单晶棒切割成位于中部的主体部分和位于所述主体部分外侧的边皮料；最后，将多个所述边皮料的长方形侧面向下并排设置，拼接形成籽晶体。

与现有技术相比，采用这种方法克服了以往边皮料不能够作为籽晶的技术偏见，将现有技术中作为下脚料的边皮料加以利用，形成类单晶铸锭的籽晶体，因此，原本在现有技术中作为籽晶的主体部分切割成的薄板能够用来制作电池片，这样，在保证类单晶籽晶体的质量的前提下，大大减小了制作类单晶铸锭的生产成本。

本发明还提供一种类单晶铸锭的制作方法，包括如下步骤：

a)制作类单晶铸锭籽晶体；

b)熔融硅料，在熔融硅料初始结晶处放置所述类单晶铸锭籽晶体；

c)控制所述熔融硅料的结晶速度，以使熔融硅料生长成适合制作太阳能电池片的类单晶铸锭；

所述步骤a)中通过上述的制作方法获取所述类单晶铸锭籽晶体。

优选地，所述步骤c)中具体通过调整熔融硅液温度和已结晶类单晶基底散热速度来控制所述熔融硅料的结晶速度。

由于上述类单晶铸锭籽晶体的制作方法具有上述技术效果，因此，包括该制作方法的类单晶铸锭制作方法也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为现有技术中类单晶铸锭籽晶体的制作方法的加工步骤图；

图2为本发明所提供类单晶铸锭籽晶体的制作方法的一种具体实施方式的流程框图；

图3为本发明所提供类单晶铸锭籽晶体的制作方法的另一种具体实施方式的流程框图；

图4为图3所示制作方法的加工步骤图；

图5为图2所示制作方法中单晶棒的横截面的结构示意图；

图6为本发明所提供类单晶铸锭的制作方法的一种具体实施方式的流程框图。

其中，图1、图3和图5中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

整体单晶棒1；棱线11；第一平面12；第二平面13；小段圆柱单晶棒2；主体部分3；薄板31；边皮料4；长方形侧面41；籽晶体5。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法，该方法能够减少使用材料，降低生产成本。此外，本发明的另一个核心为提供一种类单晶铸锭的制作方法。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明所提供类单晶铸锭籽晶体的制作方法的一种具体实施方式的流程框图。

在一种具体实施方式中，如图2所示，本发明提供一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法，该制作方法包括如下步骤：

S11：提供横截面晶向为[100]的整体单晶棒1，整体单晶棒1的表面均匀设有四条平行于其轴线的棱线11，将整体单晶棒1切割成多个小段圆柱单晶棒2；

上述棱线11为制作加工整体单晶棒1时自然生长出的棱线。沿着整体单晶棒1的横截面切割，即可得到多个小圆柱单晶棒2。

S12：沿经过每相邻两条棱线11的四个第一平面12切割小段圆柱单晶棒2，或者沿分别平行于四个第一平面12的四个第二平面13切割小段圆柱单晶棒2，将小段圆柱单晶棒2切割成位于中部的主体部分3和位于主体部分3外侧的边皮料4；

如图5所述，该图为图2所示制作方法中单晶棒的横截面的结构示意图。其中，经过相邻两条棱线11的平面为第一平面12，第一平面12的数目为四个，平行于第一平面12的平面为第二平面13，其数目也为四个。

S13：将多个边皮料4的长方形侧面41向下并排设置，拼接形成籽晶体5。

经过长时间的研究、大量的实验和精确的计算证明，按照上述方法切割后的每个边皮料4的长方形侧面41的晶向一致，为<100>晶向族，因此每个边皮料4具备作为类单晶籽晶的条件，将多个边皮料4的长方形侧面41向下并排设置可以形成作为类单晶铸锭的籽晶体5。与现有技术相比，采用这种方法克服了以往边皮料4不能够作为籽晶的技术偏见，将现有技术中作为下脚料的边皮料4加以利用，形成类单晶铸锭的籽晶体5，因此，原本在现有技术中作为籽晶的主体部分3薄板31能够用来制作电池片，这样，在保证类单晶籽晶体5的质量的前提下，大大减小了制作类单晶铸锭的生产成本。

最佳的方案中，上述步骤S 12中可以具体为沿分别设于四个第一平面12外侧、且对称设置的四个第二平面13切割小段圆柱单晶棒2，以使每个小段圆柱单晶棒2切割后形成的四个边皮料4相同，且四个边皮料4对称设于主体部分3外侧。

采用这种方法，得到的是主体部分3的横截面为具有四个圆弧倒角的类似正方形，将四条棱线11处凸起的部分研磨呈平滑部分，即可用于制作相应规格的电池片。并且，这种切割方法还实现了小段圆柱单晶棒2的均匀切割，使得多个边皮料4并排设置形成的籽晶体5的形状更加规则，进而保证后续类单晶铸锭制作过程中熔融硅料的生长稳定性。当然，上述制作方法还可以沿设于第一平面12内侧的第二平面13切割小段圆柱单晶棒2，这样能够得到横截面为正方形的主体部分3，以便制作横截面为正方形的电池片。用户可以根据实际需要自行选择。

请参考图3和图4，图3为本发明所提供类单晶铸锭籽晶体的制作方法的另一种具体实施方式的流程框图；图4为图3所示制作方法的加工步骤图。

在另一种具体实施方式中，如图3和图4所示，上述类单晶铸锭籽晶体包括步骤：

S21：提供横截面晶向为[100]的整体单晶棒1，所述整体单晶棒1的表面均匀设有四条平行于其轴线的棱线11，将整体单晶棒1切割成多个小段圆柱单晶棒2；

S22：沿经过每相邻两条棱线11的四个第一平面12，或者沿分别平行于四个第一平面12的四个第二平面13切割小段圆柱单晶棒2，将小段圆柱单晶棒2切割成位于中部的主体部分3和位于主体部分3外侧的边皮料4；

S221：沿平行于轴线且垂直于边皮料的长方形侧面41的截面切除边皮料4的两侧边缘部分；

S23：将多个边皮料4的长方形侧面41向下并排设置，拼接形成籽晶体5。

采用上述步骤S221，能够将边皮料4两侧较薄的部分切掉，保证整个边皮料4具有一定的厚度，这样能避免上述边皮料4的两侧过薄而在熔融硅料的生长过程中被融化掉，从而保证了类单晶铸锭的生长过程的稳定性。

具体的方案中，上述步骤S221可以在边皮料4的厚度大于或等于15mm处切割，这样切割后的边皮料4最薄处的厚度大于或等于15mm。经过大量的实验证明，这个厚度的边皮料4能够满足作为供熔融硅料生长的籽晶体的需要，从而保证类单晶铸锭较高效率地生长。具体地，上述步骤S221可以在边皮料4厚度等于15mm处切割，这样既能保证切割后的边皮料4满足籽晶体的需要，还能保证边皮料4的充分利用，最大限度地减小了类单晶铸锭的生产成本。

在另一种具体实施方式中，上述类单晶铸锭籽晶体的制作方法中的步骤S21中切割整体单晶棒1之前还包括：将整体单晶棒1拉直，并去除头尾，获取铸锭籽晶体的原材料，从而保证后续制作过程中切割籽晶体的准确度。

请参考图6，图6为本发明所提供类单晶铸锭的制作方法的一种具体实施方式的流程框图。

在一种具体实施方式中，如图6所示，本发明还提供一种类单晶铸锭的制作方法，包括如下步骤：

S311：提供横截面晶向为[100]的整体单晶棒1，所述整体单晶棒1的表面均匀设有四条平行于其轴线的棱线11，将整体单晶棒1切割成多个小段圆柱单晶棒2；

S312：沿经过每相邻两条棱线11的四个第一平面12，或者沿分别平行于四个第一平面12的四个第二平面13切割小段圆柱单晶棒2，将小段圆柱单晶棒2切割成位于中部的主体部分3和位于主体部分3外侧的边皮料4；

S313：将多个边皮料4的长方形侧面41向下并排设置，拼接形成籽晶体5；

S32：熔融硅料，在熔融硅料初始结晶处放置籽晶体；

S33：控制熔融硅料的结晶速度，以使熔融硅料生长成适合制作太阳能电池片的类单晶铸锭。

由于上述类单晶铸锭籽晶体的制作方法具有上述技术效果，因此，包括该籽晶体制作方法的类单晶铸锭制作方法也应当具有上述技术效果，在此不在赘述。

具体的方案中，上述步骤S33中具体通过调整熔融硅液温度和已结晶类单晶基底散热速度来控制熔融硅料的结晶速度。通过控制温度和控制速度能够很好地控制熔融硅料的结晶速度，能够保证获取预想的类单晶铸锭，当然，该步骤中也可以通过其他方法控制熔融硅料的结晶速度。

以上对本发明所提供的一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法及类单晶铸锭的制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种类单晶铸锭籽晶体的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：

11)提供横截面晶向为[100]的整体单晶棒(1)，所述整体单晶棒(1)的表面均匀设有四条平行于其轴线的棱线(11)，将整体单晶棒(1)切割成多个小段圆柱单晶棒(2)；

12)沿经过每相邻两条所述棱线(11)的四个第一平面(12)切割所述小段圆柱单晶棒(2)，或者沿分别平行于四个所述第一平面(12)的四个第二平面(13)切割所述小段圆柱单晶棒(2)，将所述小段圆柱单晶棒(2)切割成位于中部的主体部分(3)和位于所述主体部分(3)外侧的边皮料(4)；

13)将多个所述边皮料(4)的长方形侧面(41)向下并排设置，拼接形成籽晶体(5)。

2.根据权利要求1所述的类单晶铸锭籽晶体的制作方法，其特征在于，所述步骤12)中沿分别设于四个所述第一平面(12)外侧、且对称设置的四个所述第二平面(13)切割所述小段圆柱单晶棒(2)，以使每个小段圆柱单晶棒(2)切割后形成的四个所述边皮料(4)相同，且四个所述边皮料(4)对称设于所述主体部分(3)外侧。

3.根据权利要求2所述的类单晶铸锭籽晶体的制作方法，其特征在于，所述步骤12)与所述步骤13)之间还包括步骤：

121)沿平行于所述轴线且垂直于所述长方形侧面(41)的截面切除所述边皮料(4)的两侧边缘部分。

4.根据权利要求3所述的类单晶铸锭籽晶体的制作方法，其特征在于，所述步骤121)在所述边皮料(4)的厚度大于或等于15mm处切割。

5.根据权利要求4所述的类单晶铸锭籽晶体的制作方法，其特征在于，所述步骤121)在所述边皮料(4)的厚度等于15mm处切割。

6.根据权利要求1-5任一项所述的类单晶铸锭籽晶体的制作方法，其特征在于，所述步骤11)中切割所述整体单晶棒之前还包括：

对所述整体单晶棒(1)拉直处理。

7.一种类单晶铸锭的制作方法，包括如下步骤：

a)制作类单晶铸锭籽晶体(5)；

b)熔融硅料，在熔融硅料初始结晶处放置所述类单晶铸锭籽晶体；

c)控制所述熔融硅料的结晶速度，以使熔融硅料生长成适合制作太阳能电池片的类单晶铸锭；其特征在于，

所述步骤a)中通过权利要求1-6任一项所述的制作方法获取所述类单晶铸锭籽晶体。

8.根据权利要求7所述的类单晶铸锭的制作方法，其特征在于，所述步骤c)中具体通过调整熔融硅液温度和已结晶类单晶基底散热速度来控制所述熔融硅料的结晶速度。

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