CN112192773A - 一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，所述方法为：测试多晶硅棒的杂质面积占比；根据杂质面积占比的不同对多晶硅棒进行分类，并使用不同的切割工艺对不同类的多晶硅棒进行金刚线切片。本发明根据每根多晶硅棒杂质含量不同的特性，以杂质面积占比为依据，分别以杂质面积0.51‰、1.15‰以及2.29‰为基准点进行分类，分类粘接后，选择与不同类别相适应的切割工艺与之配合进行切割，进而增加了金刚线切割多晶硅棒金刚石磨损的均匀性，降低单片线耗，提高切割良率。相对于现有工艺，本发明提供的方法平均单片线耗可降低6％‑30％，切割良率可达96.5％以上，具有良好的经济效益和应用前景。

Description

一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法

技术领域

本发明涉及光伏领域，具体涉及金刚线切割多晶硅棒硅片加工领域，尤其涉及一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法。

背景技术

太阳能光伏发电作为最有潜力的可再生资源利用形式之一，在近年来取得了飞速的发展。多晶硅片制备的太阳能电池具有光电转换效率较高且成本较低的优势，已逐渐占据了整个光伏行业的80％以上的市场份额。而且随着“平价上网”政策的驱动，这一比例还有望继续提高。

在多晶硅片制造行业，目前比较成熟的制造工艺为金刚线切割；金刚线切割硅棒是两体磨削方式，金刚石固结在钢线表面，通过钢线的高速运动金刚石可直接对硅棒进行磨削加工。这种切割模式效率较高，每次对多晶硅棒的加工过程可缩短至1-2h，而且切割过程产生的硅粉可回收利用，无多余污染物产生。

金刚线切割多晶硅棒虽然具有较大的生产效率，但是金刚线切片加工成本仍较高，而且金刚线成本占据加工成本的50％，故降低金刚线单片线耗量是降低金刚线切片成本的有效途径之一。

在金刚线质量无波动情况下，影响多晶硅片切割单片线耗量的主要因素之一是多晶硅棒内部的杂质点，杂质点的主要成分为碳化硅与氮化硅，碳化硅与氮化硅的硬度与天然金刚石硬度接近，金刚线切割这两种物质将导致钢线表面金刚石磨损量增加，从而导致切割良率下降，单片线耗上升。每根多晶硅棒的杂质含量都是不同的，如果将杂质含量不同的多晶硅棒粘接在一刀上切割，那么金刚线在经过不同硅棒的过程中表面金刚石的磨损量是不一样的，从而造成参与切割的金刚线线径分布不均。由于目前金刚线切片全部采用往复切割方式，若使用线径不同的金刚线切割同一刀硅棒，那么切割的硅片则会出现厚度分布不均，造成切割良率大幅下降，单片线耗大幅上升。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，以杂质面积占比为依据对多晶硅棒进行分类，并利用相对应的切割工艺与之配合，大幅降低了单片线耗，提高了切割良率，具有良好的经济效益和应用前景。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)测试多晶硅棒的杂质面积占比；

(2)根据杂质面积占比的不同对多晶硅棒进行分类，并使用不同的切割工艺对不同类的多晶硅棒进行金刚线切片。

本发明根据多晶硅棒杂质面积占比的不同，对多晶硅棒进行分类，将杂质面积占比在同一范围的多晶硅棒粘接在一刀上进行切割，这样金刚线在切割一刀棒的过程中就不会出现因为每根棒的杂质含量不同导致的金刚石磨损不均匀(线径差异)，从而提高切割良率，降低单片线耗。

根据本发明，步骤(1)中可采用任意仪器和方式测试多晶硅棒内杂质面积占比，只要能够得到准确的面积占比即可，本发明对其具体的测试方式不做特殊限定，示例性的，可以采用红外探伤测试仪测试进行测试，但非仅限于此。

步骤(1)中利用红外探伤测试仪测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准。

本发明测试的多晶硅棒为方棒，其杂质面积占比＝杂质面积/多晶硅棒一个侧面的面积。

根据本发明，步骤(1)所述测试前对多晶硅棒表面进行清洁，所述清洁的方式不限，只要能够达到将表面的污垢清除的目的即可，一般采用擦拭的方式进行，但非仅限于此。

根据本发明，步骤(2)中按照以下标准对多晶硅棒进行分类：杂质面积占比≤0.51‰为类别A，0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B，1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C，2.29‰＜杂质面积占比为类别D。

根据本发明，在进行金刚线切片前，将同一类别的多晶硅棒集中放置，并进行粘棒，即可在同一工艺下对同一类别的多晶硅棒连续进行切割。

根据本发明，类别A的切割工艺为：25m/s≤峰值线速＜26m/s(例如峰值线速为25、25.3、25.5、25.8m/s等)，1.7mm/min≤平均台速≤1.8mm/min(例如平均台速为1.7、1.73、1.76、1.78、1.8mm/min等)，30％≤单刀新线用量占比＜35％(例如单刀新线用量占比为30％、31％、32％、33％、34％、34.5％等)；

根据本发明，类别B的切割工艺为：26m/s≤峰值线速≤27m/s(例如峰值线速为26、26.3、26.5、27m/s等)，1.6mm/min≤平均台速＜1.7mm/min(例如平均台速为1.6、1.63、1.66、1.68mm/min等)，35％≤单刀新线用量占比＜40％(例如单刀新线用量占比为35％、36％、37％、38％、39％、39.5％等)；

根据本发明，类别C的切割工艺为：27m/s＜峰值线速≤28m/s(例如峰值线速为27.3、27.5、27.8、28m/s等)，1.5mm/min≤平均台速＜1.6mm/min(例如平均台速为1.5、1.53、1.56、1.58mm/min等)，40％≤单刀新线用量占比＜45％(例如单刀新线用量占比为40％、41％、42％、43％、44％、44.5％等)；

根据本发明，类别D的切割工艺为：28m/s＜峰值线速≤29m/s(例如峰值线速为28.3、28.5、28.8、29m/s等)，1.4mm/min≤平均台速＜1.5mm/min(例如平均台速为1.4、1.43、1.46、1.48mm/min等)，45％≤单刀新线用量占比≤50％(例如单刀新线用量占比为45％、46％、47％、48％、49％、50％等)；

本发明分别以杂质面积0.51‰、1.15‰以及2.29‰为基准点进行分类，并相对应的采取了不同的切割工艺；上述类别和相对应的切割工艺之间实现了良好的配合，更有助于提高切割良率和降低单片线耗，能够实现对对多晶硅棒最佳的切割效果。

作为优选的技术方案，本发明所述降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法包括以下步骤：

(1)对多晶硅棒表面进行清洁；

(2)将清洁后的多晶硅棒置于红外探伤测试仪平台上，测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准；

(3)根据杂质面积占比的不同对多晶硅棒进行分类，分类标准为：杂质面积占比≤0.51‰为类别A，0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B，1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C，2.29‰＜杂质面积占比为类别D；

(4)将同一类别的多晶硅棒集中放置并粘棒，然后使用相对应的切片工艺进行金刚线切片；其中，类别A的切割工艺为：25m/s≤峰值线速＜26m/s，1.7mm/min≤平均台速≤1.8mm/min，30％≤单刀新线用量占比＜35％，类别B的切割工艺为：26m/s≤峰值线速≤27m/s，1.6mm/min≤平均台速＜1.7mm/min，35％≤单刀新线用量占比＜40％，类别C的切割工艺为：27m/s＜峰值线速≤28m/s，1.5mm/min≤平均台速＜1.6mm/min，40％≤单刀新线用量占比＜45％，类别D的切割工艺为：28m/s＜峰值线速≤29m/s，1.4mm/min≤平均台速＜1.5mm/min，45％≤单刀新线用量占比≤50％。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明根据每根多晶硅棒杂质含量不同的特性，对多晶硅棒进行分类粘接，增加金刚线切割多晶硅棒金刚石磨损的均匀性，从而降低单片线耗，提高切割良率。

(2)本发明通过杂质面积占比为依据，分别以杂质面积0.51‰、1.15‰以及2.29‰为基准点进行分类，通过与相对应的切割工艺的良好配合，进一步降低了单片线耗，同时提高了切割良率。

(3)本发明提供的方法取得了显著的效果，相对于现有工艺，平均单片线耗可降低6％-30％，切割良率可达96.5％以上，大幅提高了企业的经济效益，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)分别将边长为157mm的多晶硅棒擦拭干净后底部朝下放置在硅棒红外探伤测试仪平台上进行测试，测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准；

(2)测试仪测试程序结束后，记录各多晶硅棒的杂质面积占比；

(3)根据每根硅棒的杂质面积占比对其进行分类，分类标准如下：

①杂质面积占比≤0.51‰为类别A；

②0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B；

③1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C；

④2.29‰＜杂质面积占比为类别D；

(4)分别将属于同一类别的多晶硅棒集中放置并进行粘棒；

(5)利用峰值线速25m/s，平均台速1.7mm/min，单刀新线用量占比32％的工艺切割粘棒后类别A的多晶硅棒，利用峰值线速27m/s，平均台速1.6mm/min，单刀新线用量占比38％的工艺切割粘棒后类别B的多晶硅棒，利用峰值线速28m/s，平均台速1.5mm/min，单刀新线用量占比41％的工艺切割粘棒后类别C的多晶硅棒，利用峰值线速29m/s，平均台速1.4mm/min，单刀新线用量占比48％的工艺切割粘棒后类别D的多晶硅棒。

经过检测，本实施例中A、B、C、D的单片线耗(以单刀为计算单位)与切割良率如表1所示：

表1

硅棒类型	硅棒数量	杂质面积占比	切割良率	单片线耗(m/pcs)
					A	30	0.3-0.4‰	96.90％	1.02
B	30	0.7-0.9‰	96.88％	1.14
					C	30	1.3-1.8‰	96.81％	1.22
D	30	2.5-3‰	96.85％	1.34

实施例2

本实施例提供了一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)分别将边长为157mm的多晶硅棒擦拭干净后底部朝下放置在硅棒红外探伤测试仪平台上进行测试，测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准；

(2)测试仪测试程序结束后，记录各多晶硅棒的杂质面积占比；

(3)根据每根硅棒的杂质面积占比对其进行分类，分类标准如下：

①杂质面积占比≤0.51‰为类别A；

②0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B；

③1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C；

④2.29‰＜杂质面积占比为类别D；

(4)分别将属于同一类别的多晶硅棒集中放置并进行粘棒；

(5)利用峰值线速25.5m/s，平均台速1.75mm/min，单刀新线用量占比30％的工艺切割粘棒后类别A的多晶硅棒，利用峰值线速26m/s，平均台速1.63mm/min，单刀新线用量占比35％的工艺切割粘棒后类别B的多晶硅棒，利用峰值线速27.5m/s，平均台速1.55mm/min，单刀新线用量占比43％的工艺切割粘棒后类别C的多晶硅棒，利用峰值线速28.5m/s，平均台速1.5mm/min，单刀新线用量占比50％的工艺切割粘棒后类别D的多晶硅棒。

经过检测，本实施例中A、B、C、D的单片线耗(以单刀为计算单位)与切割良率见表2：

表2

实施例3

本实施例提供了一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)分别将边长为157mm的多晶硅棒擦拭干净后底部朝下放置在硅棒红外探伤测试仪平台上进行测试，测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准；

(2)测试仪测试程序结束后，记录各多晶硅棒的杂质面积占比；

(3)根据每根硅棒的杂质面积占比对其进行分类，分类标准如下：

①杂质面积占比≤0.51‰为类别A；

②0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B；

③1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C；

④2.29‰＜杂质面积占比为类别D；

(4)分别将属于同一类别的多晶硅棒集中放置并进行粘棒；

(5)利用峰值线速25.8m/s，平均台速1.8mm/min，单刀新线用量占比34％的工艺切割粘棒后类别A的多晶硅棒，利用峰值线速26.5m/s，平均台速1.68mm/min，单刀新线用量占比39％的工艺切割粘棒后类别B的多晶硅棒，利用峰值线速27.2m/s，平均台速1.58mm/min，单刀新线用量占比40％的工艺切割粘棒后类别C的多晶硅棒，利用峰值线速28.2m/s，平均台速1.45mm/min，单刀新线用量占比45％的工艺切割粘棒后类别D的多晶硅棒。

经过检测，本实施例中A、B、C、D的单片线耗(以单刀为计算单位)与切割良率见表3：

表3

硅棒类型	硅棒数量	杂质面积占比	切割良率	单片线耗(m/pcs)
					A	30	0.2-0.5‰	96.93％	1.02
B	30	0.6-1.0‰	96.89％	1.14
					C	30	1.2-2.0‰	96.88％	1.23
D	30	2.3-2.9‰	96.75％	1.35

对比例1

按照现有的切割方法进行，现有切割方法为：不对硅棒进行分类粘接，所有硅棒采用相同的切割工艺，切割工艺为：峰值线速29m/s，平均台速1.4mm/min，单刀新线用量占比46％。

经过检测，本对比例的单片线耗(以单刀为计算单位)为1.46m/pcs，切割良率为95.80％。

以上实施例1-3与对比例1相比，即本发明与现有切割方法相比，各实施例中平均切割良率、平均单片线耗如下表4所示。

表4

由此可见，采用本发明的切割方法可以使得平均单片线耗降低6％-30％，切割良率可达96.5％以上。

对比例2

本对比例除了将测试杂质面积占比替换为测试杂质体积占比外，分类标准以及对应的切割工艺与实施例1均相同。

测试得到的结果如下表5所示：

表5

硅棒类型	硅棒数量	杂质体积占比	切割良率	单片线耗(m/pcs)
					A	30	0.3-0.4‰	95.75％	1.03
B	30	0.7-0.9‰	95.60％	1.15
					C	30	1.3-1.8‰	95.78％	1.24
D	30	2.5-3‰	95.65％	1.36

可见如果根据测试得到的杂质体积占比进行分类，那么切割良率会有明显下降，单片线耗会有所增加。

对比例3

本对比例的分类标准为：①杂质面积占比≤0.41‰为类别A；②0.41‰＜杂质面积占比≤1.05‰为类别B；③1.05‰＜杂质面积占比≤2.19‰为类别C；④2.19‰＜杂质面积占比为类别D；除此之外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。

测试得到的结果如下表6所示：

表6

硅棒类型	硅棒数量	切割良率	单片线耗(m/pcs)
				A	30	96.87％	1.02
B	30	96.85％	1.14
				C	30	96.89％	1.23
D	30	94.32％	1.38

由表4可以看出，如果根据杂质面积的分类标准改变，则类型D切割效果最差，切割良率只有94.32％，A、B、C、D四组的平均单片线耗为1.19m/pcs、平均切割良率为96.23％，平均单片线耗高于实施例0.01m/pcs，平均切割良率低于实施例0.65％，对比例3的切割效果整体不如实施例。

对比例4

本对比例的分类标准为：①杂质面积占比≤0.61‰为类别A；②0.61‰＜杂质面积占比≤1.25‰为类别B；③1.25‰＜杂质面积占比≤2.39‰为类别C；④2.39‰＜杂质面积占比为类别D；除此之外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。

测试得到的结果如下表7所示：

表7

硅棒类型	硅棒数量	切割良率	单片线耗(m/pcs)
				A	30	96.60％	1.02
B	30	96.68％	1.14
				C	30	96.71％	1.23
D	30	96.87％	1.34

由表4可以看出，如果根据杂质面积的分类标准改变，则其切割良率有所降低，并且单片线耗增加。

对比例5

与实施例1不同的是，利用峰值线速27m/s，平均台速1.6mm/min，单刀新线用量占比38％的工艺切割粘棒后类别A的多晶硅棒，利用峰值线速25m/s，平均台速1.7mm/min，单刀新线用量占比32％的工艺切割粘棒后类别B的多晶硅棒，利用峰值线速29m/s，平均台速1.4mm/min，单刀新线用量占比48％的工艺切割粘棒后类别C的多晶硅棒，利用峰值线速28m/s，平均台速1.5mm/min，单刀新线用量占比41％的工艺切割粘棒后类别D的多晶硅棒。

除此之外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。

经过检测，本实施例中A、B、C、D的单片线耗(以单刀为计算单位)与切割良率如表8所示：

表8

硅棒类型	硅棒数量	杂质面积占比	切割良率	单片线耗(m/pcs)
					A	30	0.3-0.4‰	95.20％	1.04
B	30	0.7-0.9‰	94.17％	1.17
					C	30	1.3-1.8‰	95.15％	1.25
D	30	2.5-3‰	94.21％	1.38

可见本对比例相对于实施例1，其切割良率降低，单片线耗有所增加。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种降低金刚线切割多晶硅棒单片线耗的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)测试多晶硅棒的杂质面积占比；

(2)根据杂质面积占比的不同对多晶硅棒进行分类，并使用不同的切割工艺对不同类的多晶硅棒进行金刚线切片。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中利用红外探伤测试仪测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述测试前对多晶硅棒表面进行清洁。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中按照以下标准对多晶硅棒进行分类：杂质面积占比≤0.51‰为类别A，0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B，1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C，2.29‰＜杂质面积占比为类别D。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在进行金刚线切片前，将同一类别的多晶硅棒集中放置，并进行粘棒。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，类别A的切割工艺为：25m/s≤峰值线速＜26m/s，1.7mm/min≤平均台速≤1.8mm/min，30％≤单刀新线用量占比＜35％。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，类别B的切割工艺为：26m/s≤峰值线速≤27m/s，1.6mm/min≤平均台速＜1.7mm/min，35％≤单刀新线用量占比＜40％。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，类别C的切割工艺为：27m/s＜峰值线速≤28m/s，1.5mm/min≤平均台速＜1.6mm/min，40％≤单刀新线用量占比＜45％。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，类别D的切割工艺为：28m/s＜峰值线速≤29m/s，1.4mm/min≤平均台速＜1.5mm/min，45％≤单刀新线用量占比≤50％。

10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)对多晶硅棒表面进行清洁；

(2)将清洁后的多晶硅棒置于红外探伤测试仪平台上，测试多晶硅棒的四个侧表面上的杂质面积，所述杂质面积占比以多晶硅棒上杂质面积最大的侧表面测得的为准；

(3)根据杂质面积占比的不同对多晶硅棒进行分类，分类标准为：杂质面积占比≤0.51‰为类别A，0.51‰＜杂质面积占比≤1.15‰为类别B，1.15‰＜杂质面积占比≤2.29‰为类别C，2.29‰＜杂质面积占比为类别D；

(4)将同一类别的多晶硅棒集中放置并粘棒，然后使用相对应的切片工艺进行金刚线切片；其中，类别A的切割工艺为：25m/s≤峰值线速＜26m/s，1.7mm/min≤平均台速≤1.8mm/min，30％≤单刀新线用量占比＜35％，类别B的切割工艺为：26m/s≤峰值线速≤27m/s，1.6mm/min≤平均台速＜1.7mm/min，35％≤单刀新线用量占比＜40％，类别C的切割工艺为：27m/s＜峰值线速≤28m/s，1.5mm/min≤平均台速＜1.6mm/min，40％≤单刀新线用量占比＜45％，类别D的切割工艺为：28m/s＜峰值线速≤29m/s，1.4mm/min≤平均台速＜1.5mm/min，45％≤单刀新线用量占比≤50％。