CN112428462A - 一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，在单晶硅圆棒开方时，侧面以(100)晶面为基准，再旋转角度X后进行单晶开方得到单晶方棒，其中，旋转45°后，侧面的晶面为(110)；然后将经过开方后的单晶方棒进行金刚线切片，其中，若单晶硅圆棒开方的旋转角度为X，则对单晶方棒切片时，将单晶方棒旋转角度Y后再进行切片，且切片时，使得单晶方棒侧面的<110>晶向与金刚线切割线网平行。本发明公开的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，金字塔位向调控有效提升组件早晚弱光响应，金字塔尺寸大小和均匀性调控降低制绒硅片反射率，且小且均匀的金字塔可提升激光掺杂和丝网印刷性能，从而提升单晶硅片太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件领域，尤其涉及一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法。
背景技术
近几年来，光伏发电得到了飞速的发展。《中国光伏产业发展路线图2019年版》中指出，2019年我国民政光伏并网装机容量30.1GW,累计光伏并网装机容量超过204GW，新增和累计装机容量均为全球第一。据国际能源署预测，到2030年全球光伏累计装机量有望达到1721GW，到2050年将进一步增加至4670GW，发展潜力巨大。
为了更好的适应市场的需求，提效和降本仍然是太阳能电池发展的两个主要方向。目前，单晶硅片配合成本较低的先进电池技术(LDSE+PERC+Bifacial)已将量产电池效率推向了22.6％。目前的技术瓶颈也在逐渐显现，因此，进一步提升太阳能电池效率，已变得非常、非常的困难。
在市场竞争的驱动下，为了避免被市场无情的抛弃，各个太阳能电池厂商不得不进一步提升太阳能电池的效率。在当前市场环境下，如果能够进一步提升太阳能电池效率，必将大大增强该企业的技术竞争力。
目前单晶硅圆棒旋转开方45°后切割，单晶硅圆棒容易解离，所以切割上根本不能量产；即使切割出的硅片，在电池和组件工艺过程中，也极易碎片，大大影响太阳能电池生产。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，通过调控金刚线单晶硅片金字塔绒面，来提升太阳能电池的转换效率，所述技术方案如下：
本发明提供一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，在单晶硅圆棒开方时，侧面以(100)晶面为基准，再旋转角度X后进行单晶开方得到单晶方棒，其中，旋转45°后，侧面的晶面为(110)，角度X的范围设置为0°-45°；
然后将经过开方后的单晶方棒进行金刚线切片，其中，若所述单晶硅圆棒开方的旋转角度为X，则对单晶方棒切片时，将所述单晶方棒旋转角度Y后再进行切片，且切片时，使得所述单晶方棒的侧面的<110<晶向与金刚线切割线网平行,角度Y通过以下公式获得：
Y＝45°-X。
进一步地，其包括如下步骤：
S1、将单晶硅圆棒垂直放置在开方机的晶托上，将单晶硅圆棒的硅圆棒棱线与开方机晶托的晶托棱线一一对准；
S2、将单晶硅圆棒相对晶托旋转角度X，再用黏胶将单晶硅圆棒粘接在开方机晶托上，其中，X的范围为0°-45°；
S3、将晶托固定在开方机上，开动开方机将单晶硅圆棒切割成单晶方棒；
S4、将切割得到的单晶方棒进行角度Y旋转后粘接在切片的金属晶托上，其中，金属晶托上粘接有支撑板，单晶方棒粘接在支撑板上若Y为0，所述支撑板为平板；若Y>0，所述支撑板与旋转角度Y后的单晶方棒相匹配，然后将金属晶托固定在切片机上，进行金刚线切片。且所述单晶方棒的侧面的<110>晶向与金刚线切割线网平行,其中，Y＝45°-X。
进一步地，若Y>0，所述支撑板上设置有直角槽，旋转角度Y后的单晶方棒部分放置在直角槽内，所述直角槽的延伸方向与旋转角度Y后的单晶方棒的长度方向平行。
进一步地，所述支撑板为玻璃板或树脂板。
进一步地，所述单晶硅圆棒为直拉法生长而成的(100)晶向的单晶硅圆棒。
进一步地，X与Y均为22.5°。
进一步地，在步骤S4之后还包括如下步骤：
S5、对切片后的单晶硅片进行制绒。
进一步地，所述金刚线为电镀金刚石切割线。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
本发明公开的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，通过单晶硅圆棒旋转开方和单晶方棒旋转切片，可实现制绒后单晶硅片的金字塔绒面的调控，不但可以调控金字塔绒面位向，而且可以调控金字塔尺寸大小和均匀性。金字塔位向调控有效提升组件早晚弱光响应，金字塔尺寸大小和均匀性调控有效降低制绒硅片的反射率，并且小且均匀的金字塔将会提升激光掺杂和丝网印刷性能，从而有效提升单晶硅片太阳能电池的转换效率。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的实施例二的切片示意图；
图2是本发明实施例提供的实施例一的实验2的切片示意图；
图3是本发明实施例提供的实施例三的切片示意图；
图4是本发明实施例提供的实施例一的实验1中单晶硅片制绒SEM照片；
图5是本发明实施例提供的实施例一的实验2中单晶硅片制绒SEM照片；
图6是本发明实施例提供的实施例二的单晶方棒在支撑板上的切片示意图；
图7是本发明实施例提供的实施例三的单晶方棒在支撑板上的切片示意图。
其中，附图标记包括：1-<110>晶向，2-切割线网，3-支撑板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本发明的一个实施例中，提供了一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，金字塔绒面调控包括金字塔位向调控、尺寸大小和均匀性调控。具体结构参见图1至图3，具体调控方法如下：在单晶硅圆棒开方时，侧面以(100)晶面为基准，再旋转角度X后进行单晶开方得到单晶方棒，其中，旋转后，侧面的晶面为(110)，角度X的范围设置为0°-45°；然后将经过开方后的单晶方棒进行金刚线切片，其中，若所述单晶硅圆棒开方的旋转角度为X，则对单晶方棒切片时，将所述单晶方棒旋转角度Y后再进行切片，且切片时，使得所述单晶方棒的侧面的<110>晶向1与金刚线切割线网2平行,角度Y通过以下公式获得：Y＝45°-X。
本发明提供的所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其包括如下具体步骤：
S1、将单晶硅圆棒垂直放置在开方机的晶托上，将单晶硅圆棒的硅圆棒棱线与开方机晶托的晶托棱线一一对准；
S2、将单晶硅圆棒相对晶托旋转角度X，再用黏胶将单晶硅圆棒粘接在开方机晶托上，其中，X的范围为0°-45°；
S3、将晶托固定在开方机上，开动开方机将单晶硅圆棒切割成单晶方棒；
S4、将切割得到的单晶方棒进行角度Y旋转后粘接在切片的金属晶托上。其中，金属晶托上粘接有支撑板3，单晶方棒粘接在支撑板上，所述支撑板优选为玻璃板或树脂板若Y为0，所述支撑板为平板即可；若Y>0，所述支撑板与旋转角度Y后的单晶方棒相匹配，然后将晶托固定在切片机上，进行金刚线切片，且所述单晶方棒的侧面的<110>晶向与金刚线切割线网平行,其中，Y＝45°-X。
对公式举例如下：若X为0°，则Y为45°；若X为45°，则Y为0°；若X为22.5°，则Y为22.5°。
若Y>0，所述支撑板与旋转角度Y后的单晶方棒相匹配，具体解析如下：若Y>0，所述支撑板上设置有直角槽，旋转角度Y后的单晶方棒部分放置在直角槽内，所述直角槽的延伸方向与旋转角度Y后的单晶方棒的长度方向平行，即所述支撑板上的直角槽的相邻两个内侧壁分别与单晶方棒的相邻两个外侧壁贴合。
若Y为45°，所述支撑板3上直角槽的两个侧壁与水平面之间的夹角为45°，参见图6中b所指；若Y为22.5°，所述支撑板3上直角槽的一个侧壁与水平面之间的夹角为22.5°，参见图7中c所指。
在步骤S4之后还包括如下步骤：
S5、对切片后的单晶硅片按照正常的太阳能电池制绒工艺进行制绒。
所述单晶硅圆棒为直拉法生长而成的(100)晶向的单晶硅圆棒。对于直拉法生长的(100)晶向单晶硅圆棒，四条棱线被显现在外表面上。当前单晶硅圆棒开方时，沿棱线方向进行破方，即棱线被作为破方后侧面的两条边，这样所形成的侧面为(100)晶面。当前所使用的所有单晶硅片，侧面均为(100)晶面。
对单晶硅圆棒开方时，侧面以(100)晶面为基准，旋转0°到45°范围内的一个角度进行单晶开方。开方后的侧面，旋转的角度不同，则对应的晶面不同。即旋转0°时，侧面的晶面为(100)；旋转45°时，侧面的晶面为(110)。将经过旋转开方后的单晶方棒进行金刚线切片，若开方的旋转角度为0°，则切片时，将单晶方棒进行45°旋转进行金刚线切片。若开方的旋转角度为45°，则切片时，将单晶方棒进行0°旋转进行金刚线切片。若开方的旋转角度为0-45°范围内的一个角度X，则切片时，将单晶方棒进行(45-X)°旋转进行切片，即切片时，实现单晶方棒的<110>晶向与金刚线切割线网平行的切割方式。
金刚线切割本身对制绒单晶硅片的金字塔绒面影响很大，可以看作是把金字塔拉开，旋转后金字塔方位变向，金刚线拉的角度发生变化，然后它的绒面形貌发生变化。旋转是为了与金刚线切割共同调控绒面形貌，绒面形貌为影响反射率的最主要的因素，低的反射率将会提高太阳能电池的转换效率。
切割后的单晶硅片，按照正常的制绒工艺进行制绒。制绒后的金字塔绒面，将会随着侧面晶向旋转角度变化而变化，即不同的旋转角度，将会对应不同的金字塔位向、尺寸大小和均匀性，实现了金刚线单晶硅片金字塔绒面的调控。选择最优的调控结果，进行电池制备。
如下实施例一、二、三中，选择的单晶硅圆棒等长且电性能参数一致。
实施例一
选择两个等长且电性能参数一致的单晶硅圆棒(实验棒1和实验棒2)进行实验1和实验2，实验1：实验棒1旋转0°进行开方(即当前正常的开方流程)去除边皮，形成单晶方棒。实验2：实验棒2旋转45°进行开方去除边皮，形成单晶方棒。
然后将两个单晶方棒均旋转0°进行金刚线切片，参见图2，切片后，进行正常的太阳能电池制绒工艺和其他太阳能电池工艺。
对制绒后的单晶硅片进行金字塔绒面的SEM检测和反射率测试。图4是实验1中旋转0°开方晶棒的单晶硅片制绒SEM照片；图5是实验2中旋转45°开方晶棒的单晶硅片制绒SEM照片。
通过图4和图5的SEM图片对比，能够明显看出，实验2中，旋转45°开方晶棒的单晶硅片的金字塔位向与旋转0°开方晶棒的单晶硅片的金字塔位向相差了45°。该金字塔位向制作的组件，在早晨和傍晚时候，阳光能够斜射在金字塔的两个面上，从而提高光的利用率，提升组件的早晚的弱光响应。45°开方晶棒的单晶硅片的金字塔尺寸明显比旋转0°开方晶棒的单晶硅片的金字塔尺寸小且均匀。反射率测试显示，45°开方晶棒(实验2)的单晶硅片制绒后反射率比旋转0°开方晶棒(实验1)的单晶硅片反射率低0.5％，且主要集中在长波段的红外光。因此，长波段红外光的充分利用，将有效提升太阳能电池的效率。小且均匀的绒面有利于提升激光掺杂和丝网印刷性能，可进一步提升太阳能电池的转换效率。
实施例二
对一单晶硅圆棒旋转0°进行开方，开方后得到单晶方棒，再单晶方棒旋转45°进行金刚线切片，参见图1。采用与实施例一相同工艺进行制绒，与正常开方和切片(实施例一中实验1)相比，单晶硅片的绒面的方位没有发生变化，但是金字塔尺寸比正常开方和切片的金字塔尺寸小很多，且均匀度明显提高；单晶硅片的反射率比实施例一中实验1单晶硅片的反射率低0.5％-0.8％。
实施例三
对一单晶硅圆棒旋转22.5°(X)进行开方，开方后得到单晶方棒，再单晶方棒旋转22.5°(Y，参见图3中角度a)进行金刚线切片，参见图3。采用与实施例一相同工艺进行制绒，与正常开方和切片(实施例一中实验1)相比，不但单晶硅片的绒面的金字塔方位发生了22.5°旋转，而且金字塔尺寸比正常开方和切片的金字塔尺寸小很多，且均匀度明显提高；制绒单晶硅片的反射率比实施例一中实验1单晶硅片的反射率低0.5％-0.8％。
金刚线切片后的单晶硅片的绒面位向、尺寸和均匀性受金刚线切割方向和硅片内(111)面位向(组成金字塔的(111)面的三个边为<110>晶向)的共同作用。通过单晶硅圆棒旋转开方和单晶方棒旋转切片，即可实现金字塔绒面的调控，不但可以调控金字塔绒面位向，而且可以调控金字塔尺寸大小和均匀性。实验发现，当金刚线线网与单晶方棒的端面<110>晶向平行切割时，在相同工艺下，绒面具有小且均匀的特性。
本发明公开的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面(金字塔绒面调控包括金字塔位向调控、尺寸大小和均匀性调控)的方法，通过单晶硅圆棒旋转开方和单晶方棒旋转切片，可实现制绒后的单晶硅片的金字塔绒面的调控，不但可以调控金字塔绒面位向，而且可以调控金字塔尺寸大小和均匀性。金字塔位向调控能够有效提升组件早晚弱光响应，金字塔尺寸大小和均匀性调控能够有效降低制绒硅片的反射率，并且小且均匀的金字塔将会提升激光掺杂和丝网印刷性能，从而有效提升单晶硅片太阳能电池的转换效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，在单晶硅圆棒开方时，侧面以(100)晶面为基准，再旋转角度X后进行单晶开方得到单晶方棒，其中，旋转45°后，侧面的晶面为(110)，角度X的范围设置为0°-45°；
然后将经过开方后的单晶方棒进行金刚线切片，其中，若所述单晶硅圆棒开方的旋转角度为X，则对单晶方棒切片时，将所述单晶方棒旋转角度Y后再进行切片，且切片时，使得所述单晶方棒的侧面的<110>晶向与金刚线切割线网平行,角度Y通过以下公式获得：
Y＝45°-X。
2.根据权利要求1所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将单晶硅圆棒垂直放置在开方机的晶托上，将单晶硅圆棒的硅圆棒棱线与开方机晶托的晶托棱线一一对准；
S2、将单晶硅圆棒相对晶托旋转角度X，再用黏胶将单晶硅圆棒粘接在开方机晶托上，其中，X的范围为0°-45°；
S3、将晶托固定在开方机上，开动开方机将单晶硅圆棒切割成单晶方棒；
S4、将切割得到的单晶方棒进行角度Y旋转后粘接在切片的金属晶托上，其中，金属晶托上粘接有支撑板，单晶方棒粘接在支撑板上，若Y为0，所述支撑板为平板；若Y>0，所述支撑板与旋转角度Y后的单晶方棒相匹配，然后将金属晶托固定在切片机上，进行金刚线切片，且所述单晶方棒的侧面的<110>晶向与金刚线切割线网平行,其中，Y＝45°-X。
3.根据权利要求2所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，若Y>0，所述支撑板上设置有直角槽，旋转角度Y后的单晶方棒部分放置在直角槽内，所述直角槽的延伸方向与旋转角度Y后的单晶方棒的长度方向平行。
4.根据权利要求2所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，所述支撑板为玻璃板或树脂板。
5.根据权利要求1所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，所述单晶硅圆棒为直拉法生长而成的<100>晶向的单晶硅圆棒。
6.根据权利要求1所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，X与Y均为22.5°。
7.根据权利要求2所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括如下步骤：
S5、对切片后的单晶硅片进行制绒。
8.根据权利要求1所述的调控金刚线单晶硅片金字塔绒面的方法，其特征在于，所述金刚线为电镀金刚石切割线。
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