CN104342273A - 一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液，所述冷却液包括水和冷却助剂，所述冷却液还包括硬度大于硅的磨料。在金刚线切割多晶硅片时，金刚线不断对多晶硅片进行磨削切割，冷却液中的磨料通过高速运动的金刚线带动对多晶硅片表面进行磨削，从而在多晶硅片表面形成类似采用切割刃料进行多线切割的方法在硅片的表面形成的表面损伤层，有利于多晶硅片的后续制绒，采用现有的制绒工艺能够实现对多晶硅片进行制绒。

Description

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液

技术领域

本发明涉及光伏硅片生产技术领域，具体涉及一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

背景技术

目前光伏行业所用晶体硅片的切割主要为采用切割刃料进行多线切割的方法，即通过一根高速运动的钢线带动附着在上面的切割刃料对待切割的硅锭或硅块进行摩擦，从而达到切割效果。在整个过程中，切割钢线通过导线轮的引导，在主线辊(导轮)上形成一张切割钢线网，而待加工的硅锭或硅块通过切割工作台从上至下的运动实现硅锭或硅块的进给。在切割过程中，高速运动的钢线并不进行切割，其主要是利用附着在切割钢线上的切割刃料以持续平稳的切割力场作用于待切割的硅锭或硅块的表面，硅锭或硅块则以一定的速度从上至下运动对切割钢线产生持续性的压力，在压力的作用下切割刃料被压入硅锭或硅块的表面，使其产生塑性变形后进行犁铧切割。由于切割钢线在切割硅锭或硅块的过程中，会因为两者发生摩擦而产生热量，在硅锭或硅块和切割钢线间的接触面会产生高温，切割液(切割刃料均匀分散在切割液中)又对硅锭或硅块及切割钢线起冷却作用。但该切割技术存在切割工艺效率较低、切割加工成本高、切割后废弃的切割液的排放污染大等问题。与之相比，金刚线切割硅片技术主要是利用表面带有金刚石的钢线(以下称金刚线)通过高速运转不断对硅锭或硅块进行磨削，并通过冷却液进行冷却将切割过程中热量带走而实现的。与现有的采用切割刃料进行多线切割方法相比较，其具有切割效率高、生产成本低的特点，且大大减少了对切割刃料的需求，从而减少了后期处理废切割液的环保投入。

金刚线切割硅片技术已经广泛应用于单晶硅片加工过程中，并逐步应用于多晶硅片的加工。在现有的金刚线切割多晶硅片技术中，金刚线在高速运动过程中对硅锭或硅块进行磨削，同时使用冷却液进行冷却，并将切割过程中产生的硅粉锯屑带走，完成硅片的切割。金刚线切割产生的多晶硅片具有表面损伤少、仅在表面产生撕裂型线痕的特点，其在一定程度上提高了多晶硅片的机械强度，但是正因为该多晶硅片表面损伤少，采用现有的电池制绒工艺无法实现对该类型多晶硅片进行制绒而获得理想的绒面，从而对电池转换效率带来坏的影响，这也是金刚线切割多晶硅片目前无法大规模应用的瓶颈之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液，所述冷却液包括水和冷却助剂，所述冷却液包括硬度大于硅的磨料。在金刚线不断对多晶硅片进行磨削切割时，冷却液中的磨料通过高速运动的金刚线带动对多晶硅片表面进行磨削，从而在多晶硅片表面形成类似采用切割刃料进行多线切割在硅片表面形成的表面损伤层，有利于多晶硅片的后续制绒，从而采用现有的电池常规制绒工艺实现对金刚线切割多晶硅片的制绒。

本发明提供了一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液，所述冷却液包括水和冷却助剂，所述冷却液还包括硬度大于硅的磨料。

本发明中所采用的冷却助剂为现有技术中常用来制备金刚线切割多晶硅片用的冷却液的试剂。冷却助剂通过添加一定量的水(去离子水或蒸馏水等)，即可配制得到金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

现有技术中的冷却液主要包括以下四种：1、聚乙二醇体系的冷却液，即以聚乙二醇冷却助剂为主，加入一定比例的防锈剂、乳化剂和消泡剂等其他冷却助剂，再通过添加一定量的水(去离子水或蒸馏水等)配制而成的冷却液。2、小分子醇、醚、酚类混合冷却液，即以丙二醇冷却助剂为主体，加入其他醚类和酚类等其他冷却助剂，再通过添加一定量的水(去离子水或蒸馏水等)配制而成的冷却液。3、通过在稳定剂、水溶性润滑剂、极压剂、防锈剂、防腐剂、润湿剂和消泡剂等冷却助剂中添加一定量的水(去离子水或蒸馏水等)配制而成的一种环保型冷却液。4、通过在润滑剂、乳化剂、防锈剂、分散剂和防腐剂等冷却助剂中添加一定量的水(去离子水或蒸馏水等)配置而成的一种冷却液。5、水基冷却液，即以水为主体，再通过加入分散剂、粘度调节剂、金属螯合剂、消泡剂和杀菌剂等冷却助剂配制而成的冷却液。此处所用的各种冷却助剂为本领域现有技术中常使用的试剂，可通过现有技术制备，也可在市场购买得到。

优选地，所述磨料为碳化硅固体颗粒、刚玉固体颗粒和金刚石固体颗粒中的至少一种。

优选地，所述磨料的质量占所述水和所述冷却助剂的总质量的5％～50％。

优选地，所述磨料的质量占所述水和所述冷却助剂的总质量的10％～40％。

优选地，所述磨料的质量占所述水和所述冷却助剂的总质量的20％。

优选地，所述磨料的D50为0.1um～50um。

优选地，所述磨料的D50为2um～20um。

本发明所述的磨料的D50需要控制在一定的范围内，2um～20um范围内为佳，磨料粒径过小容易粘附在金刚线表面，造成金刚线表面裸露的金刚石被包裹盖覆，失去切割能力；磨料粒径过大容易沉淀，且不容易进入切割缝中实现对硅锭或硅块的切割。

优选地，所述磨料的D50为10um～12um。

优选地，所述冷却助剂包括分散剂、粘度调节剂、金属螯合剂、消泡剂和杀菌剂。

本发明中采用的分散剂为本领域现有技术中使用的聚乙二醇和乙二醇等中的至少一种；粘度调节剂为本领域现有技术中使用的黄原胶、羟甲基纤维素和羟乙基纤维素等中的至少一种；金属螯合剂为本领域现有技术中使用的聚丙烯酸、聚马来酸酐、聚丙烯酸钠和三乙醇胺等中的至少一种；消泡剂为本领域现有技术中使用的聚甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷等中的至少一种，杀菌剂为本领域现有技术中使用的硝基吗啉和异噻唑啉酮等中的至少一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液使得在切割产生的多晶硅片表面形成类似采用切割刃料进行多线切割的方法在硅片的表面形成的表面损伤层，有利于多晶硅片的后续制绒，从而采用现有的常规电池制绒工艺能够实现对金刚线切割多晶硅片进行制绒，有利于多晶硅片金刚线切割技术的产业化应用。

2、本发明提供的一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液在一定程度上提升了金刚线切割过程中的切割能力，有利于减少由于金刚线切割能力的不足而导致的线痕及断线风险。

3、本发明提供的一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液中，由于所加入的磨料不直接参与切割，所需用量不大，在使用该冷却液时可以回收磨料再使用，并可以通过反复回收使用，可以保证较低的成本。

附图说明

图1是本发明实施例1中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒前的图片；

图2是本发明实施例1中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒后的图片；

图3是本发明对比实施例中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒前的图片；

图4是本发明对比实施例中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒后的图片。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图与较佳实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，不用于限定本发明。

实施例1：

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、三乙醇胺、黄原胶、聚丙烯酸、聚甲基硅氧烷和硝基吗啉组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得悬浮液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为80％的去离子水、质量分数为17％聚乙二醇、质量分数为1％三乙醇胺、质量分数为0.8％黄原胶、质量分数为1％聚丙烯酸、质量分数为0.1％聚甲基硅氧烷、质量分数为0.1％硝基吗啉。再在搅拌缸中加入D50为2um的碳化硅固体颗粒，加入的碳化硅固体颗粒的质量占所加入的去离子水和冷却助剂的总质量的50％，搅拌3h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割，金刚线切割所得的多晶硅片的表面形成类似采用切割刃料进行多线切割方法在硅片的表面形成的表面损伤层。图1是本发明实施例1中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒前的图片，如图1所示，本发明实施例1中金刚线切割产生的多晶硅片表面除少部分区域仍有由金刚线切割造成的线状损伤外，大部分区域经过冷却液中添加的磨料磨削后，产生了较为细小的“损伤坑”；

进一步地，采用现有的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒。图2是本发明实施例1中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒后的图片，如图2所示，制绒后在该多晶硅片表面产生了较多且均匀的绒面，获得了与采用切割刃料进行多线切割所得的硅片相似的绒面；此绒面使得该多晶硅片反射率明显降低，有利于太阳光入射到该多晶硅片内部而转化成电能，提升太阳能电池的转化效率。

实施例2：

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、三乙醇胺、羟乙基纤维素、聚马来酸酐、聚二甲基硅氧烷和异噻唑啉酮组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得悬浮液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为90％的水、质量分数为7％的聚乙二醇、质量分数为1％的三乙醇胺、质量分数为0.8％的羟乙基纤维素、质量分数为1％的聚马来酸酐、质量分数为0.1％的聚二甲基硅氧烷、质量分数为0.1％的异噻唑啉酮。再在搅拌缸中加入D50为20um的碳化硅固体颗粒，加入的碳化硅固体颗粒的质量占所加入的去离子水和冷却助剂的总质量的5％，搅拌1h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割，金刚线切割所得的多晶硅片的表面形成类似采用切割刃料进行多线切割方法在硅片的表面形成的表面损伤层。

进一步地，采用现有的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒，获得了与采用切割刃料进行多线切割所得的硅片相似的绒面。

实施例3：

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、乙二醇、羟甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚甲基硅氧烷和异噻唑啉酮组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得悬浮液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为70％的水、质量分数为27％聚乙二醇、质量分数为1％乙二醇、质量分数为0.8％羟甲基纤维素、质量分数为1％聚丙烯酸钠、质量分数为0.1％聚甲基硅氧烷、质量分数为0.1％异噻唑啉酮。再在搅拌缸中加入D50为50um的碳化硅固体颗粒，加入的碳化硅固体颗粒的质量占所加入的去离子水和冷却助剂的总质量的20％，搅拌1h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割，金刚线切割所得的多晶硅片的表面形成类似采用切割刃料进行多线切割方法在硅片的表面形成的表面损伤层。

进一步地，采用现有的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒，获得了与采用切割刃料进行多线切割所得的硅片相似的绒面。

实施例4

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、三乙醇胺、乙二醇、黄原胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚甲基硅氧烷和硝基吗啉组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得悬浮液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为60％的水、质量分数为37％聚乙二醇、质量分数为0.5％三乙醇胺、质量分数为0.5％乙二醇、质量分数为0.8％黄原胶、质量分数为0.5％聚丙烯酸、质量分数为0.5％聚丙烯酸钠、质量分数为0.1％聚甲基硅氧烷、质量分数为0.1％硝基吗啉。再在搅拌缸中加入D50为12um的金刚石固体颗粒，加入的金刚石固体颗粒的质量占所加入的去离子水和冷却助剂的总质量的20％，搅拌0.5h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割，金刚线切割所得的多晶硅片的表面形成类似采用切割刃料进行多线切割方法在硅片的表面形成的表面损伤层。

进一步地，采用现有的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒，获得了与采用切割刃料进行多线切割所得的硅片相似的绒面。

实施例5

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、三乙醇胺、黄原胶、聚丙烯酸、聚甲基硅氧烷和硝基吗啉组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得悬浮液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为20％的水、质量分数为78％聚乙二醇、质量分数为0.8％三乙醇胺、质量分数为0.2％黄原胶、质量分数为0.8％聚丙烯酸、质量分数为0.1％聚甲基硅氧烷、质量分数为0.1％硝基吗啉。再在搅拌缸中加入D50为10um的碳化硅固体颗粒，加入的碳化硅固体颗粒的质量占所加入的去离子水和冷却助剂的总质量的40％，搅拌2h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割，金刚线切割所得的多晶硅片的表面形成类似采用切割刃料进行多线切割方法在硅片的表面形成的表面损伤层。

进一步地，采用现有的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒，获得了与采用切割刃料进行多线切割所得的硅片相似的绒面。

实施例6：

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、三乙醇胺、羟乙基纤维素、聚马来酸酐、聚二甲基硅氧烷和异噻唑啉酮组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得悬浮液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为40％的水、质量分数为57％聚乙二醇、质量分数为0.8％三乙醇胺、质量分数为1％羟乙基纤维素、质量分数为1％聚马来酸酐、质量分数为0.1％聚二甲基硅氧烷、质量分数为0.1％异噻唑啉酮。再在搅拌缸中加入D50为0.1um的刚玉固体颗粒，加入的刚玉固体颗粒的质量占所加入的去离子水和冷却助剂的总质量的10％，搅拌2h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷却液。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割，金刚线切割所得的多晶硅片的表面形成类似采用切割刃料进行多线切割方法在硅片的表面形成的表面损伤层。

进一步地，采用现有的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒，获得了与采用切割刃料进行多线切割所得的硅片相似的绒面。

对比实施例

一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液的制备方法：首先将由聚乙二醇、三乙醇胺、黄原胶、聚丙烯酸、聚甲基硅氧烷和硝基吗啉组成的冷却助剂加入到搅拌缸中，并加入一定量的去离子水进行稀释，搅拌0.5h，制得所需的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其包括如下质量配比的组分：质量分数为80％的离子水、质量分数为17％聚乙二醇、质量分数为1％三乙醇胺、质量分数为0.8％黄原胶、质量分数为1％聚丙烯酸、质量分数为0.1％聚甲基硅氧烷、质量分数为0.1％硝基吗啉。

将上述制得的金刚线切割多晶硅片用的冷却液放入金刚线切片机内对待切割的硅锭或硅块进行切割。图3是本发明对比实施例中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒前的图片，如图3所示，对比实施例中金刚线切割产生的多晶硅片表面大部分区域是由金刚线切割造成的线状损伤，而只有少部分区域产生了较为细小的“损伤坑”；

进一步地，采用常规的电池酸制绒工艺对上述金刚线切割所得的多晶硅片进行制绒。图4是本发明对比实施例中金刚线切割产生的多晶硅片进行制绒后的图片，如图4所示，制绒后在该多晶硅片表面产生了较少且不均匀的绒面，此绒面使得该多晶硅片反射率仍旧较高，不利于太阳光入射到该多晶硅片内部而转化成电能，从而降低了太阳能电池的转化效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金刚线切割多晶硅片用的冷却液，所述冷却液包括水和冷却助剂，其特征在于，所述冷却液还包括硬度大于硅的磨料。

2.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料为碳化硅固体颗粒、刚玉固体颗粒和金刚石固体颗粒中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料的质量占所述水和所述冷却助剂的总质量的5％～50％。

4.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料的质量占所述水和所述冷却助剂的总质量的10％～40％。

5.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料的质量占所述水和所述冷却助剂的总质量的20％。

6.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料的D50为0.1um～50um。

7.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料的D50为2um～20um。

8.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述磨料的D50为10um～12um。

9.根据权利要求1至8任一项所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却液，其特征在于，所述冷却助剂包括分散剂、粘度调节剂、金属螯合剂、消泡剂和杀菌剂。

10.根据权利要求9所述的金刚线切割多晶硅片用的冷却助剂，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇和乙二醇中的至少一种；所述粘度调节剂为黄原胶、羟甲基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种；所述金属螯合剂为聚丙烯酸、聚马来酸酐、聚丙烯酸钠和三乙醇胺中的至少一种；所述消泡剂为聚甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷中的至少一种；所述杀菌剂为硝基吗啉和异噻唑啉酮中的至少一种。