CN108183127A - 太阳能单晶硅片、加工方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能单晶硅片、加工方法及其应用，太阳能单晶硅片为包括六条直线边和六条弧线边的异形边硅片，六条直线边和六条弧线边顺次交替相连；加工方法为：拉制单晶硅棒‑切割成圆形硅片—确定硅片切割线—切割成型，通过生长棱线来确认切割线，减少了切割碎片率；异形边硅片制作为太阳能电池，若干个太阳能电池呈平面铺设，三个相邻异形边硅片的直线边两两相对，相邻的两个异形边硅片的直线边之间设有绝缘间隙，通过栅线设计在十二个不同方向连接，保证了光伏组件的单位面积发电效率，方便光伏组件的外形设计；同时两两相对的异形边硅片通过直线边相对铺设，能够实现单晶硅棒的最大利用率，提高光伏组件的发电效率。

Description

太阳能单晶硅片、加工方法及其应用
技术领域
本发明属于单晶硅加工技术领域，更具体地说，是涉及一种太阳能单晶硅片、加工方法及其应用。
背景技术
目前，公知的太阳能单晶硅片的形状是缺四个角的准正方形，即每个硅片的外沿轮廓由四个直边和圆角构成(如图1)，其制作工艺流程为：拉制单晶棒——滚圆——粘接硅棒——破方为准正方形硅棒(如图2)——再粘接破方硅棒——切割准正方形硅片。切割为厚度为150-250μm的硅片直接用于制作太阳能电池，然后太阳电池合理铺设呈平面，电池之间保留一定的绝缘间隙，最后通过电气连接制作成光伏组件。现有的工艺流程存在以下缺陷：
(1)滚圆过程中，消除了单晶生长棱线，使后续不易观察晶向；在破方的过程中，切除的部分作为边皮料，其所占晶硅棒的比例通常达到24％-30％，目前对边皮料的处理采用回炉重新拉制，这种做法增加了回炉量，变相造成能源和材料浪费。另外，在滚圆、破方过程中，容易造成崩边、掉角、切斜等现象，导致硅棒损失或切割的硅片批量不合格，工艺损失巨大。
(2)单晶硅片正方形形状决定了光伏组件形状，组件对于正方形电池只能是并行排列，形成长方形或正方形组件的外形。导致光伏组件的外形设计受到限制。
(3)准正方形单晶硅片，存在的角度为准135°，也存在易碎现象，使得电池利用率降低，同时由其生产的太阳电池和组件寿命降低。
如何寻找合理的硅片形状和切片方法，即不降低单晶硅棒利用率，造成原材料以及能源的浪费，又不影响光伏组件单位面积发电效率，同时又适用各种组件形状的设计，这一直是硅片设计的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能单晶硅片、加工方法及其应用，以解决现有技术中存在的单晶硅棒利用率低、光伏组件发电效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种太阳能单晶硅片，包括异形边硅片，所述异形边硅片包括六条直线边和六条弧线边,六条所述直线边和六条所述弧线边顺次交替相连构成十二条边的所述异形边硅片。
进一步地，六条所述弧线边与用于切割的圆柱体单晶硅棒的外圆面重合，六条所述直线边与内接于用于切割的圆柱体单晶硅棒正十二边形中的六条边重合。
本发明提供的太阳能单晶硅片的有益效果在于：与现有技术相比，本发明太阳能单晶硅片通过将十二条边中的六条边设计为直线边，另外六条边设计为弧线边，且直线边和弧线边间隔设置，两两相对的异形边硅片通过直线边相对铺设，能够实现单晶硅棒的最大利用率，提高光伏组件的发电效率。
本发明还提供上述太阳能单晶硅片的加工方法，包括以下步骤：
拉制单晶硅棒；
单晶硅棒切割：将单晶硅棒横向切割为圆形硅片；
确定圆形硅片的切割线：在圆形硅片的边缘选取单晶硅棒上的一条生长棱线点为所述异形边硅片中弧形边的中点，在圆形硅片上内接正十二边形，生长棱线点所在弧形边对应的一边即为起始切割线，六条切割线间隔设置；
切割成型：将圆形硅片放置在切割平台上，所述圆形硅片的生长棱线点对应切割台上的定位孔，以选取的生长棱线点所在边缘为起始切割的切割弓形部，沿着切割线间隔切割出六条边，间隔去掉六个切割弓形部形成异形边硅片。
进一步地，所述异形边硅片采用激光切割。
本发明提供的太阳能单晶硅片的加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明太阳能单晶硅片的加工方法通过借助单晶硅棒边缘的生长棱线来确认切割线，使切割方向等同或近似单晶硅棒的易切割方向，减少了切割碎片率，减少了成本，同样实现单晶硅棒的最大利用率；同时提高了工作效率。
本发明还提供上述太阳能单晶硅片的应用，用于制备太阳能电池，若干个制作为太阳能电池的异形边硅片呈平面铺设，三个相邻的异形边硅片的直线边两两相对，相邻的两个异形边硅片中，相邻的两个直线边之间设有绝缘间隙。
进一步地，所述太阳能电池的栅线设置在异形边硅片的弧线边上，三个相邻的异形边硅片的三个弧线边上均设有栅线。
本发明提供的太阳能单晶硅片的有益效果在于：与现有技术相比，本发明太阳能单晶硅片的应用通过由异形边硅片制作的太阳能电池平铺制作光伏组件，三个相邻异形边硅片的直线边两两相对，依次扩展形成需要的铺设形状。太阳能电池的连接可以通过栅线的设计在十二个不同方向连接，保证了光伏组件的单位面积发电效率，方便光伏组件的外形设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的准正方形太阳能单晶硅片的结构示意图；
图2为现有准正方形太阳能单晶硅片加工工艺中破方示意图；
图3为本发明实施例提供的太阳能单晶硅片的结构示意图；
图4为图3所示太阳能单晶硅片在切割台上的固定示意图；
图5为本发明实施例提供的太阳能单晶硅片的晶向为【111】时的切割线示意图；
图6为本发明实施例提供的太阳能单晶硅片的晶向为【110】时的切割线示意图；
图7为本发明实施例提供的太阳能单晶硅片的晶向为【100】时的切割线示意图；
图8为本发明实施例提供的太阳能单晶硅片的应用时的平铺示意图；
其中，图中各附图标记：
1-切割弓形部；2-生长棱线点；3-内接十二边形；4-切割台；5-定位孔；6-直线边；7-弧形边。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图3，现对本发明提供的太阳能单晶硅片进行说明。所述太阳能单晶硅片，包括异形边硅片，所述异形边硅片包括六条直线边6和六条弧线边7,六条所述直线边6和六条所述弧线边7顺次交替相连构成十二条边的所述异形边硅片。
本发明提供的太阳能单晶硅片，与现有技术相比，本发明太阳能单晶硅片通过将十二条边中的六条边设计为直线边，另外六条边设计为弧线边，且直线边和弧线边间隔设置，两两相对的异形边硅片通过直线边相对铺设，能够实现单晶硅棒的最大利用率，提高光伏组件的发电效率。
六条等长的直线边6和六条等长的弧线边7间隔设置，六条所述弧线边与用于切割的圆柱体单晶硅棒的外圆面重合，六条所述直线边与内接于用于切割的圆柱体单晶硅棒正十二边形中的六条边重合，即所述异形边硅片的直线边6为圆柱体单晶硅棒内接正十二边形3的六条边。
本发明还提供上述太阳能单晶硅片的加工方法，包括以下步骤：
A.拉制单晶硅棒。通常是先制得多晶硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
B.单晶硅棒切割：将单晶硅棒横向切割为圆形硅片；
C.确定圆形硅片的切割线：参见图5-7，在圆形硅片的边缘选取单晶硅棒上的一条生长棱线点2为所述异形边硅片中弧形边7的中点，在圆形硅片上内接正十二边形3，生长棱线点2所在弧形边7对应的一边即为起始切割线，六条切割线间隔设置。
鉴于晶体的一个基本特点是具有方向性，沿晶格的不同方向晶体性质不同。对于单晶硅来说，{111}晶面最致密，其法线[111]方向易碎裂。在单晶硅生长过程中，根据生长的不同取向，会在晶棒表面生成不同数量的直线，称为生长棱线。对[111]取向的硅单晶，由于有三个{111}面和圆柱形晶体倾斜直接相交，所以在晶体柱面上形成三条对称分布的生长棱线；对于[100]取向的硅单晶，由于有四个{111}面和圆柱形晶体倾斜相交，所以在晶体柱面上形成四条对称分布的生长棱线；对于[110]取向的硅单晶，由于有二个{111}面和圆柱形晶体倾斜直接相交，所以在晶体柱面上形成二条对称分布的生长棱线。
D.激光切割异形边硅片：如图4所示，将圆形硅片放置在切割平台4上，所述圆形硅片的生长棱线点2对应切割台4上的定位孔5，以选取的生长棱线点2所在边缘为起始切割的切割弓形部1，沿着切割线间隔切割出六条边，间隔去掉六个切割弓形部1形成异形边硅片。
本发明提供的太阳能单晶硅片的加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明太阳能单晶硅片的加工方法通过借助单晶硅棒边缘的生长棱线来确认切割线，使切割方向等同或近似单晶硅棒的易切割方向，减少了切割碎片率，减少了成本，同样实现单晶硅棒的最大利用率；同时提高了工作效率。
本发明还提供上述太阳能单晶硅片的应用，将异形边硅片制作为太阳能电池，若干个制作为太阳能电池的异形边硅片呈平面铺设，参见图8，三个相邻的异形边硅片的直线边6两两相对，相邻的两个异形边硅片中，两两相邻的直线边6之间设有绝缘间隙。
为了减小相邻异形边硅片间的绝缘距离，所述太阳能电池的栅线设置在异形边硅片的弧线边上，三个相邻的异形边硅片的三个弧线边上均设有栅线。将栅线设置在弧形边上，能够有效利用相邻异形边硅片的空隙，避免影响光伏组件的采光面积，达到最大利用太阳能的目的。
本发明提供的太阳能单晶硅片的有益效果在于：与现有技术相比，本发明太阳能单晶硅片的应用通过由异形边硅片制作的太阳能电池平铺制作光伏组件，三个相邻异形边硅片的直线边两两相对，依次扩展形成需要的铺设形状。太阳能电池的连接可以通过栅线的设计在十二个不同方向连接，保证了光伏组件的单位面积发电效率，方便光伏组件的外形设计。
本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的异形边硅片在硅棒利用率上，由目前准正方形硅片的最
大利用率76％，提高到97.7％，比正六边形硅片提高15％。
(2)本发明提供的太阳能单晶硅片的加工方法，减少了滚圆、粘接硅棒、破方过程，避免了在滚圆、破方过程中崩边、掉角、切斜等现象，避免了
硅片批量不合格；同时利用该方法切割的圆形硅片能够观察单晶生长棱线，
使得激光切割方向等同或近似[111]的易切割方向，减少了切割碎片率，减
少了成本；同时提高了工作效率。
(3)本发明提供的异形边硅片的外形角度由准正方形的准135度角、正六
边形的120度，提高到准150度角，大大降低了硅片角部破碎率，使得利
用率提高，同时也延长了由其生产的太阳电池和组件寿命。
(4)本发明提供的异形边硅片有六个间隔的直线边，便于组件形状的设计，
大大提高了光伏组件的外形设计余度。
(5)本发明提供的异形边硅片在硅片应用上，由其生产的太阳能电池可以
通过栅线的设计在十二个不同方向连接，包括在异形边硅片的直线边处连
接和弧线边处连接；为减小绝缘距离，优选在弧线边处连接。
总之，本发明提供的太阳能单晶硅片的结构设计及加工方法大大提高了单晶硅棒的利用率，减小原材料的损失，降低了硅片切割碎片率，减少了生产工序，提高了工作效率，同时保证了光伏组件的光线利用率，保证了光伏组件的单位面积发电效率，降低碎片率，减低制造成本和检测成本，方便光伏组件的外形设计。
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 (6)

1.太阳能单晶硅片，其特征在于：包括异形边硅片，所述异形边硅片包括六条直线边和六条弧线边,六条所述直线边和六条所述弧线边顺次交替相连构成十二条边的所述异形边硅片。
2.如权利要求1所述的太阳能单晶硅片，其特征在于：六条所述弧线边与用于切割的圆柱体单晶硅棒的外圆面重合，六条所述直线边与内接于用于切割的圆柱体单晶硅棒正十二边形中的六条边重合。
3.如权利要求1或2所述的太阳能单晶硅片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
拉制单晶硅棒；
单晶硅棒切割：将单晶硅棒横向切割为圆形硅片；
确定圆形硅片的切割线：在圆形硅片的边缘选取单晶硅棒上的一条生长棱线点为所述异形边硅片中弧形边的中点，在圆形硅片上内接正十二边形，生长棱线点所在弧形边对应的一边即为起始切割线，六条切割线间隔设置；
切割成型：将圆形硅片放置在切割平台上，所述圆形硅片的生长棱线点对应切割台上的定位孔，以选取的生长棱线点所在边缘为起始切割的切割弓形部，沿着切割线间隔切割出六条边，间隔去掉六个切割弓形部形成异形边硅片。
4.如权利要求3所述的太阳能单晶硅片的加工方法，其特征在于：所述异形边硅片采用激光切割。
5.如权利要求1所述的太阳能单晶硅片的应用，其特征在于：用于制备太阳能电池，若干个制作为太阳能电池的异形边硅片呈平面铺设，三个相邻的所述异形边硅片的所述直线边两两相对，相邻的两个所述异形边硅片中，相邻的两个所述直线边之间设有绝缘间隙。
6.如权利要求5所述的太阳能单晶硅片的应用，其特征在于：所述太阳能电池的栅线设置在异形边硅片的弧线边上，三个相邻的异形边硅片的三个弧线边上均设有栅线。
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