CN112553687B - 硅锭、坩埚、硅锭铸锭方法及太阳能电池硅片制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅锭、坩埚、硅锭铸锭方法及太阳能电池硅片制作方法，所涉及的硅锭包括若干沿垂直于自身厚度方向的平面切割以获取太阳能电池硅片的硅锭子单元，若干硅锭子单元一体成型且呈矩阵分布，每一硅锭子单元具有贯穿其厚度以在完成太阳能电池硅片制作后形成其边孔的贯穿槽；采用本发明所提供硅锭制作的太阳能电池硅片能够较好的适应于光伏组件组装过程中电池单元的小间距串接，在缩小相邻两电池单元之间间距的同时可避免增大光伏组件制作过程中的碎片率，有效降低光伏组件的单瓦制作成本；此外，采用本发明中所提供的坩埚进行硅锭制作时能够有效节省硅料，从而降低硅锭的制作成本。

Description

硅锭、坩埚、硅锭铸锭方法及太阳能电池硅片制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制作领域，尤其涉及一种硅锭、坩埚、硅锭铸锭方法及太阳能电池硅片制作方法。

背景技术

在组装太阳能光伏组件时，同一电池串中相邻的太阳能电池单元之间通过互联条进行连接，互联条将一片太阳能电池单元的正面电极与相邻太阳能电池单元的背面电极相连，从而实现太阳能电池单元的串联。现有技术中，通过缩小相邻两太阳能电池单元之间间距以在同样板型组件中增加电池单元数量的方法能够更好的增大组件的太阳光吸收面积，进而提高光伏组件的功率。

然现有技术中，当相邻两太阳能电池单元之间间距缩小时，会增加连接于两太阳能电池单元之间互联条的弯曲度，如此在互联条焊接及后期组件组装的层压过程中，太阳能电池单元极易出现碎片现象，即具有较大的碎片率，从而导致光伏组件的单瓦制作成本增加。

有鉴于此，有必要提供一种改进的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种硅锭，其具体设计方式如下。

一种硅锭，用于制作太阳能电池硅片，所述太阳能电池硅片具有沿第一方向延伸以设置电极主栅的主栅设置区，所述太阳能电池硅片于所述第一方向上相对两边缘中的至少一边缘所在侧形成有延伸至该相应边缘且位于所述主栅设置区端部的边孔，所述硅锭包括若干沿垂直于自身厚度方向的平面切割以获取所述太阳能电池硅片的硅锭子单元，所述若干硅锭子单元一体成型且呈矩阵分布，每一所述硅锭子单元具有贯穿其厚度以在完成所述太阳能电池硅片制作后形成所述边孔的贯穿槽。

进一步，所述硅锭子单元垂直于所述第一方向的一对边界面均向相应所述硅锭子单元内部方向凹陷形成有所述贯穿槽。

进一步，在所述第一方向上相邻的两所述硅锭子单元具有共用的边界面，该相邻两所述硅锭子单元位于所述共用边界面两侧的所述贯穿槽一一对应连通。

进一步，在垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面上，所述贯穿槽的投影在与所述第一方向垂直的第二方向上的宽度范围为0.1-4mm。

进一步，在垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面上，所述贯穿槽投影的内侧在所述第二方向上的宽度不大于其外侧在所述第二方向上的宽度。

进一步，在垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面上，所述贯穿槽的投影在所述第一方向上的长度范围为0.1-3cm。

此外，本发明还提供了一种坩埚，该坩埚用于制作以上所述的硅锭，其包括具有收容腔的坩埚本体以及若干竖直分布于所述收容腔内部与所述硅锭贯穿槽相匹配的成型棒。

进一步，所述成型棒采用石英材质制成。

进一步，所述成型棒的顶端高度不低于所述收容腔上端开口所在平面的高度。

进一步，所述成型棒的顶端超出所述收容腔上端开口所在平面的高度范围为1-3cm。

进一步，所述成型棒的横截面呈长方形、半圆形或梯形。

进一步，所述第一方向上相邻的两所述硅锭子单元共用边界面两侧的所述贯穿槽一一对应连通，用于成型连通的两所述贯穿槽的两所述成型棒一体成型或分体成型。

本发明还提供了一种硅锭铸锭方法，该铸锭方法包括：提供如以上所述的坩埚；向所述坩埚中填装硅料并将所述坩埚放置于铸锭炉中，加热使所述坩埚内硅料熔化成硅液；控制热场使所述硅液从所述坩埚底部向顶部定向凝固，待全部硅液结晶后，经退火冷却即得到所述硅锭。

本发明还提供了一种太阳能电池硅片制作方法，该制作方法包括：按以上所述硅锭铸锭方法获取所述硅锭；对所述硅锭进行开方以获取所述硅锭子单元；沿垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面切割以获取所述太阳能电池硅片。

进一步，所述太阳能电池硅片制作方法在获取所述硅锭子单元步骤后还包括去除所述贯穿槽内所述成型棒的步骤。

本发明的有益效果是：采用本发明所提供硅锭制作的太阳能电池硅片能够较好的适应于光伏组件组装过程中电池单元的小间距串接，在缩小相邻两电池单元之间间距的同时可避免增大光伏组件制作过程中的碎片率，有效降低光伏组件的单瓦制作成本；此外，基于本发明中所提供的坩埚，在采用其进行硅锭制作时能够有效节省硅料，从而降低硅锭的制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1所示为本发明所涉及坩埚的一种立体示意图；

图2所示为图1所示结构沿A-A＇方向剖切后的俯视图；

图3所示为采用图1所示坩埚制作的硅锭立体示意图；

图4所示为图3所示硅锭结构的俯视图；

图5所示为硅锭子单元的一种立体示意图；

图6所示为太阳电池硅片的平面示意图；

图7所示为电池单元的平面示意图；

图8所示为图7所示电池单元采用互联条连接的结构示意图；

图9所示为图8中a部分的放大示意图；

图10所示太阳电池硅片的另一种平面示意图。

图中，1为硅锭，10为硅锭子单元，10a为贯穿槽，101为硅锭子单元10中垂直于第一方向的第一边界面，102为硅锭子单元10中垂直于第一方向的第二边界面，100为太阳能电池硅片，1001为第一边缘，1002为第二边缘，11为电池单元，111为主栅设置区，112为边孔，113为正电极主栅，12为互联条，2为坩埚，20为收容腔，21为坩埚本体，22为成型棒，L1、L2为分割线，d相邻两电池单元11之间的间距。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

参考图3、图4所示，其分别展示了本发明硅锭1两种不同角度的结构。本发明中所涉及的硅锭1用于制作太阳能电池硅片100，结合图6所示，所制作的太阳能电池硅片100具有沿第一方向延伸以设置电极主栅的主栅设置区111，本实施例中的第一方向对应于图中所示的X轴所在方向。在具体实施过程中，结合图7所示电池单元11的平面示意图，电极主栅包括形成于太阳能电池硅片100主栅设置区111正面的正电极主栅113及形成于太阳能电池硅片100主栅设置区111背面的背电极主栅(图中未展示)，正电极主栅113与背电极主栅位置一一对应，均由银浆经印刷、烧结成型。可以理解，在本发明所涉及太阳能电池硅片100的正面，还具有若干相对正电极主栅113垂直设置的正电极副栅(图中未示出)。

进一步如图6、图7中所示，本发明中所涉及的太阳能电池硅片100于第一方向(即图中X轴所在方向)上相对两边缘中的至少一边缘所在侧形成有延伸至该相应边缘且位于主栅设置区111端部的边孔112。本具体实施例中太阳能电池硅片100于第一方向上具有相对的第一边缘1001及第二边缘1002，第一边缘1001及第二边缘1002所在侧均设置有位于主栅设置区111端部的边孔112。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，第一边缘1001所在侧及第二边缘1002所在侧中仅有一个设置有位于主栅设置区111端部的边孔112。

结合图3、图4、图5、图6所示，本发明所涉及的硅锭1包括若干沿垂直于自身厚度方向的平面切割以获取太阳能电池硅片100的硅锭子单元10，若干硅锭子单元10一体成型且呈矩阵分布，本实施例中构成硅锭1的若干硅锭子单元10呈6行7列矩阵形态分布。此外，硅锭子单元10的自身厚度方向是指Z轴所在方向，具体于图3所示所示实施例中，硅锭1的若干硅锭子单元10通过若干沿第一方向(X轴方向)延伸的分割线L1以及若干沿与第一方向垂直的第二方向(Y轴方向)延伸的分割线L2可分割成图5所示独立的硅锭子单元10，图5所示独立的硅锭子单元10可进一步沿垂直于自身厚度方向(Z轴方向)的平面切割进而形成图6所示的太阳能电池硅片100。

在具体实施过程中，如图5所示，本发明中所涉及的每一硅锭子单元10均具有贯穿其厚度以在完成太阳能电池硅片100制作后形成边孔112的贯穿槽10a。

为更好的理解本发明硅锭1所制作太阳能电池硅片100的优点，以下进一步展示了采用由该硅锭1所得太阳能电池硅片100制作的电池单元11应用于光伏组件的场景。参考图8所示，在具体光伏组件应用场景中，所涉及的光伏组件包括若干相邻设置的电池单元11以及若干连接两相邻电池单元11的互联条12。结合图9所示，每根互联条12由一块电池单元11的正面经两个边孔112延伸至另一个相邻电池单元11的背面。在具体实施过程中，互联条12的一端通过焊接固定至一块电池单元11的正面电极主栅113，另一端焊接固定至另一块相邻电池单元11的背面电极主栅，每根互联条12会依次穿过相邻两电池单元11相邻两侧的两个的边孔112。

基于以上，在采用本发明所涉及的电池单元11制作光伏组件时，可减小互联条12的弯曲度，进而能够在缩小相邻两电池单元12之间间距d的同时避免增大光伏组件制作过程中的碎片率，有效降低光伏组件的单瓦制作成本。如图9中所示，在一些情况下，由于边孔112的设置，相邻两电池单元200之间的间距d可以设置为0，即相邻两电池片100的边界相互抵接，如此使得光伏组件的太阳光吸收面积最大化。

作为本发明一种优选实施方式，本法明中所涉及的硅锭子单元10垂直于第一方向的一对边界面均向相应硅锭子单元10内部方向凹陷形成有贯穿槽10a。结合图4、图5所示，硅锭子单元10垂直于第一方向的一对边界面包括第一边界面101与第二边界面102，在该实施例中，第一边界面101与第二边界面102均向相应硅锭子单元10内部方向凹陷形成有贯穿槽10a，采用该硅锭子单元10可切割得到图6所示结构的太阳能电池硅片100。进而参考图8所示，在具体光伏组件的制作过程中，具有该太阳能电池硅片100的电池单元11沿垂直于其所在平面的竖直轴旋转180°不会影响光伏组件的组装效果，即在光伏组件制作过程中，每块电池单元11具有两个可用于安装的方向，如此可简化光伏组件的制作工艺。

进一步，结合图4所示，在第一方向上相邻的两硅锭子单元10具有共用的边界面，该相邻两硅锭子单元10位于共用边界面两侧的贯穿槽10a一一对应连通。如此在具体实施过程中，连通的两个贯穿槽10a可以一体成型。

于本发明的具体实施过程中，在垂直于硅锭子单元10厚度方向的平面(对应于图中所示的X-Y平面)上，贯穿槽10a的投影在第二方向(对应于Y轴方向)上的宽度范围为0.1-4mm。

作为一种优选实施方式，在垂直于硅锭子单元10厚度方向的平面上，贯穿槽10a投影的内侧在第二方向(对应于Y轴方向)上的宽度不大于其外侧在第二方向上的宽度。结合图10所示，当贯穿槽10a投影的内侧在第二方向(对应于Y轴方向)上的宽度小于其外侧在第二方向上的宽度时，由硅锭子单元10切割所到太阳能电池硅片100的边孔112呈现内窄外宽的梯形形态。如此在采用互联条12连接两相邻的电池单元11时，互联条12更容易穿过边孔112，进而能够提高光伏组件的组装效率。

此外，于本发明的具体实施过程中，在垂直于硅锭子单元10厚度方向的平面上，贯穿槽10a的投影在第一方向上的长度范围为0.1-3cm。

本发明还提供了一种用于制作以上的硅锭1的坩埚2，结合图1、图2所示，该坩埚2包括具有收容腔20的坩埚本体21以及若干竖直分布于收容腔20内部与硅锭1贯穿槽10a相匹配的成型棒22。

具体而言，若干成型棒22的位置与硅锭1中所形成的贯穿槽10a位置一一匹配，且两者的形状一致。可以理解，对应于贯穿槽10a的形状，本发明中成型棒10a的横截面呈长方形、半圆形、梯形或其它形状。此外，作为本发明的优选，在具体实施过程中，当第一方向上相邻的两硅锭子单元10共用边界面两侧的贯穿槽10a一一对应连通时，用于相连通两贯穿槽10a成型的两成型棒22可一体成型；当然可以理解，在本发明的其它实施例中，这两根成型棒22也可以分体成型。

基于本发明中所提供坩埚2的结构，在采用其进行硅锭1制作过程中，对应于成型棒22的位置处能自然形成镂空的贯穿槽10a，进而在硅锭1制作过程中能够有效节省硅料，从而降低硅锭1的制作成本。

在本发明的一些具体实施例中，所涉及的成型棒22通常可以与坩埚本体21的材质一致，在本具体实施例中成型棒22具体可采用石英材质制成。在本发明的其它实施例中，所涉及的成型棒22也可以采用碳化硅或氮化硅等材质制成。

为使得坩埚2的收容腔20内所成型的硅锭1具有上下贯穿的贯穿槽10a，通常所涉及成型棒22的顶端高度不低于收容腔20上端开口所在平面的高度。参考图1中所示，成型棒22的顶端超出收容腔20上端开口所在平面的高度范围为1-3cm。

基于本发明以上所提供坩埚2的结构，本发明还提供了一种硅锭的铸锭方法，该制作方法包括：提供如以上的坩埚2；向坩埚2中填装硅料并将坩埚放置于铸锭炉中，加热使坩埚2内硅料熔化成硅液；控制热场使硅液从坩埚底部向顶部定向凝固，待全部硅液结晶后，经退火冷却即得到硅锭1。

在硅锭1的制作过程中，为避免成型棒22出现弯曲导致贯穿槽10a产生偏移的情况，在坩埚本体21的顶部还可以设置有用于对成型棒22顶端形成固定的固定机构(图中未展示)。

本发明还提供了一种太阳能电池硅片制作方法，该制作方法包括：按以上硅锭铸锭方法获取硅锭1；对硅锭1进行开方以获取硅锭子单元10，如图3中所示，即沿若干分割线L1、L2对硅锭1进行切割以开方获取得到多个独立的硅锭子单元10；沿垂直于硅锭子单元10厚度方向的平面切割以获取太阳能电池硅片100。

在硅锭1成型后，硅锭1的贯穿槽10a内还具有成型棒21，故本发明在获取硅锭子单元10步骤后还包括去除贯穿槽10a内成型棒21的步骤。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种硅锭，用于制作太阳能电池硅片，所述太阳能电池硅片具有沿第一方向延伸以设置电极主栅的主栅设置区，所述太阳能电池硅片于所述第一方向上相对两边缘中的至少一边缘所在侧形成有延伸至该相应边缘且位于所述主栅设置区端部的边孔，其特征在于，所述硅锭包括若干沿垂直于自身厚度方向的平面切割以获取所述太阳能电池硅片的硅锭子单元，所述若干硅锭子单元一体成型且呈矩阵分布，每一所述硅锭子单元具有贯穿其厚度以在完成所述太阳能电池硅片制作后形成所述边孔的贯穿槽。

2.根据权利要求1所述的硅锭，其特征在于，所述硅锭子单元垂直于所述第一方向的一对边界面均向相应所述硅锭子单元内部方向凹陷形成有所述贯穿槽。

3.根据权利要求2所述的硅锭，其特征在于，在所述第一方向上相邻的两所述硅锭子单元具有共用的边界面，该相邻两所述硅锭子单元位于所述共用边界面两侧的所述贯穿槽一一对应连通。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的硅锭，其特征在于，在垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面上，所述贯穿槽的投影在与所述第一方向垂直的第二方向上的宽度范围为0.1-4mm。

5.根据权利要求4所述的硅锭，其特征在于，在垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面上，所述贯穿槽投影的内侧在所述第二方向上的宽度不大于其外侧在所述第二方向上的宽度。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的硅锭，其特征在于，在垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面上，所述贯穿槽的投影在所述第一方向上的长度范围为0.1-3cm。

7.一种用以制备权利要求1~6任意一项所述的硅锭的硅锭铸锭方法，其特征在于，包括：

提供坩埚，所述坩埚包括具有收容腔的坩埚本体、若干竖直分布于所述收容腔内部与所述硅锭贯穿槽相匹配的成型棒，所述成型棒的顶端高度不低于所述收容腔上端开口所在平面的高度；

向所述坩埚中填装硅料并将所述坩埚放置于铸锭炉中，加热使所述坩埚内硅料熔化成硅液；

控制热场使所述硅液从所述坩埚底部向顶部定向凝固，待全部硅液结晶后，经退火冷却即得到所述硅锭。

8.根据权利要求7所述的硅锭铸锭方法，其特征在于，所述成型棒采用石英材质制成。

9.根据权利要求7所述的硅锭铸锭方法，其特征在于，所述成型棒的顶端超出所述收容腔上端开口所在平面的高度范围为1-3cm。

10.根据权利要求7或8所述的硅锭铸锭方法，其特征在于，所述成型棒的横截面呈长方形、半圆形或梯形。

11.根据权利要求7或8所述的硅锭铸锭方法，其特征在于，所述第一方向上相邻的两所述硅锭子单元共用边界面两侧的所述贯穿槽一一对应连通，用于成型连通的两所述贯穿槽的两所述成型棒一体成型或分体成型。

12.一种太阳能电池硅片制作方法，其特征在于，包括：

按权利要求7~11任意一项所述硅锭铸锭方法获取所述硅锭；

对所述硅锭进行开方以获取所述硅锭子单元；

沿垂直于所述硅锭子单元厚度方向的平面切割以获取所述太阳能电池硅片。

13.根据权利要求12所述的太阳能电池硅片制作方法，其特征在于，在获取所述硅锭子单元步骤后还包括去除所述贯穿槽内所述成型棒的步骤。

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