CN112563368B - 硅锭及其制备方法、硅片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种硅锭及其制备方法、硅片及其制备方法，硅锭制备方法包括开槽，于所述硅锭的侧表面上制备预制槽，所述预制槽位于所述硅锭上的主印预设区的至少一端；且所述预制槽包括沿所述硅锭的长度方向间隔排列的若干凹槽。采用本申请的硅锭制备的硅片具有半通槽，基于该硅片制备的电池片，其主栅至少一端具有引导槽；通过焊带将若干所述电池片串联成电池串时，至少部分所述焊带位于所述引导槽内，从而能够减小相邻的电池片之间的距离，在同组件版型下，能够布设更多的电池片，提高光伏组件的效率；同时减小了所述焊带的弯曲度，进而减少碎片几率。

Description

硅锭及其制备方法、硅片及其制备方法

技术领域

本申请涉及光伏领域，尤其涉及一种硅锭及其制备方法、硅片及其制备方法。

背景技术

光伏组件功率要求越来越高，目前通过缩小光伏组件的片间距离，在同样组件版型增加电池片数量，从而增加光伏组件功率。但是由于片间距缩小，两片间的焊带弯曲度增加，焊接焊带比较难，从而增加了组件的碎片率，组件成本上升，且同时延长了组件串焊时间，降低了组件串焊质量。

基于此，如何制备一种能够缩小片间距、降低焊接碎片率的太阳能电池片，是提高光伏组件功率的核心问题。

有鉴于此，有必要提供一种硅锭及其制备方法、硅片及其制备方法，以制备能够降低光伏组件焊接碎片率问题的太阳能电池片。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种硅锭及其制备方法、硅片及其制备方法，从硅片端解决问题，以制备能够缩小片间距、降低光伏组件焊接碎片率问题的电池片。

为实现上述申请目的，本申请采用如下技术方案：

一种硅锭的制备方法，包括如下步骤：开槽，于所述硅锭的侧表面上制备预制槽，所述预制槽位于所述硅锭上的主印预设区的至少一端；且所述预制槽包括沿所述硅锭的长度方向间隔排列的若干凹槽。

一种硅片的制备方法，包括采用上述硅锭的方法制备硅锭，切片，于所述凹槽的中间位置处沿所述硅锭的径向进行切片。

一种硅片的制备方法，包括如下步骤：包括采用上述硅锭的方法制备硅锭，切片，于所述凹槽与所述硅锭长度方向垂直的边缘处沿所述硅锭的径向进行切片。

一种硅锭，包括用以形成硅片的主栅印刷区的主印预设区、位于所述硅锭的侧表面上的预制槽，所述预制槽位于所述主印预设区的至少一端，所述预制槽包括沿所述硅锭的长度方向间隔排列的若干凹槽，沿长度方向上相邻所述凹槽之间的距离小于预形成的硅片的厚度。

一种硅片，包括位于所述硅片的表面的若干主栅印刷区、位于所述主栅印刷区至少一端的半通槽，所述半通槽向外延伸至所述硅片的边缘，所述半通槽的深度小于所述硅片的厚度。

本申请的有益效果是：本申请中硅锭的制备方法，在硅锭边缘形成预定图形的预制槽，该过程中形成所述预制槽时切割出的硅料可以再次用于铸锭或拉晶，减少晶硅料的用量，同时降低了晶硅料消耗，降低硅片成本；且对整个硅锭开槽，开槽工艺易于控制，且能减少硅片的碎片率。

另，采用本申请的硅锭制备的硅片具有半通槽，基于该硅片制备的电池片，其主栅至少一端具有引导槽；通过焊带将若干所述电池片串联成电池串时，至少部分所述焊带位于所述引导槽内，从而能够减小相邻的电池片之间的距离，在同组件版型下，能够布设更多的电池片，提高光伏组件的效率；同时减小了所述焊带的弯曲度，进而减少碎片几率。

附图说明

图1是本申请一较佳实施例的硅锭的结构示意图，图中虚线表示切片位置，虚线框表示预制槽；

图2是由图1的硅锭切片后形成的硅片的结构示意图；

图3是本申请一较佳实施例的硅锭的结构示意图，图中虚线表示切片位置，虚线框表示预制槽；

图4是由图3的硅锭切片后形成的硅片的结构示意图；

图5是图4中圈内部分沿B-B'方向的剖视图；

图6是本申请另一较佳实施例的硅片，参考图4圈内部分沿B-B'方向的剖视图；

图7是本申请另一较佳实施例中的硅锭或由前述硅锭切片形成的硅片的俯视图；

图8是本申请另一较佳实施例中的硅锭或由前述硅锭切片形成的硅片的俯视图；

图9是本申请另一较佳实施例中的硅锭或由前述硅锭切片形成的硅片的俯视图；

图10是一种光伏组件的结构示意图，其中太阳能电池片由本申请图2所示硅片制备所得；

图11是一种光伏组件的结构示意图，其中太阳能电池片由本申请图4所示硅片制备所得。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

其中，1-硅锭，11-主印预设区，12-预制槽，122-凹槽,13-第三表面；2-硅片，21-主栅印刷区，22-导槽，222-半通槽，2221-半通槽壁，2222-半通槽底壁， 23-第一表面，24-第二表面，3-电池片，31-主栅，32-引导槽；4-焊带；5-光伏组件，L-相邻两凹槽之间的距离。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

为了方便描述，定义自硅片2边缘向硅片2中间位置的方向为向内，自硅片2中间位置朝向硅片2边缘的方向为向外。另外，本申请中提及的“M和/ 或N”包括M，N，M和N三种情况。

以下将结合图1～图11，以硅锭1及其制备方法、硅片2及其制备方法为基础，并结合由硅片2制备的电池片3、由电池片3串联后的光伏组件5，对本发明进行详细说明。

请参考图2、图4～图9所示，为本申请较佳实施例的硅片2，用以制备电池片3。

所述硅片2包括位于所述硅片2的表面23，24的若干主栅印刷区21、位于所述主栅印刷区21至少一端的导槽22。如图2、图4～图9所示，所述导槽 22为沿厚度方向未贯穿所述硅片2的半通槽222，所述半通槽222的深度小于所述硅片2的厚度；且所述半通槽222向外延伸至所述硅片2的边缘。

其中，所述半通槽222向外延伸至所述硅片2边缘，即所述半通槽222的槽口朝外，或称所述半通槽222向外开放。

所述半通槽222位于所述主栅印刷区21的延伸方向上，制备电池片3时，于所述若干主栅印刷区21印刷主栅31，形成主栅31至少一端具有引导槽32 的电池片3；通过焊带4将若干所述电池片3串联成电池串时，至少部分所述焊带4位于所述引导槽32内，从而能够减小相邻的电池片3之间的距离，在同组件版型下，能够布设更多的电池片3，提高光伏组件5的效率；同时减小了所述焊带4的弯曲度，进而减少碎片几率。

其中，将所述硅片2通过制绒、扩散、镀膜、印刷电极等步骤形成电池片 3的过程中，所述半通槽222的结构不变，也即电池片上的引导槽32与所述半通槽222的结构相同；为了方便描述，本申请部分位置采用对引导槽32的结构或功能的描述对所述半通槽222进行说明。另外，所述硅片2的结构设计是为了获得较佳的电池片3，因此本申请以基于硅片2获得的电池片3的优势对硅片2的设计效果进行说明。

具体地，“所述半通槽222位于所述主栅印刷区21至少一端”包括：如图 2所示，所述半通槽222位于所述主栅印刷区21的一端；或者如图4～图9所示，所述主栅印刷区21的两端均具有所述半通槽222，连接相邻两个电池片3的焊带4完全位于两个电池片3的所述引导槽32内，能进一步减小焊带4弯曲度，并且进一步缩小片间距。

所述表面包括沿所述硅片2厚度方向相对设置的第一表面23和第二表面，若干主栅印刷区21包括设置于所述第一表面23的第一主栅印刷区、设置于所述第二表面的第二主栅印刷区；所述半通槽222位于第一主栅印刷区和/或第二主栅印刷区的端侧；因此形成的电池片3中，所述引导槽32位于正面主栅和/ 或背面主栅的端侧，便于焊接形成叠瓦组件或拼片式组件。

当所述第一主栅印刷区与所述第二主栅印刷区对称设置时，也即所述第一主栅印刷区沿厚度方向在第二表面24的投影与所述第二主栅印刷区重合，每一所述半通槽222同时位于所述第一主栅印刷区与所述第二主栅印刷区的端侧。当所述第一主栅印刷区与所述第二主栅印刷区错位设置时，例如两者相垂直，优选所述第一主栅印刷区与所述第二主栅印刷区的端侧均设有所述半通槽 222，焊接时方便电池片3摆放，且能够通过普通焊带4连接相邻的两串电池串。

基于上述所述半通槽222与所述主栅印刷区21的位置关系，所述半通槽 222的设置方式包括但不限于以下几种。

所述半通槽222的截面形状为方形、矩形、梯形、半圆形中的至少一种，其中方形、矩形、梯形中靠近所述主栅印刷区21的一边为直边或弧形边。该截面为沿与所述硅片2的厚度方向相垂直的方向剖切后形成的截面。

所述半通槽222沿所述硅片2的边缘延伸方向的宽度不小于所述主栅印刷区21的宽度，例如设置为0.1mm～3mm；和/或，所述半通槽222沿垂直于所述硅片2的边缘方向的深度介于0.1cm～2cm之间。

一具体实施例中，如图4、图5所示，所述半通槽222各个部分沿厚度方向的深度相同，所述半通槽222靠近所述主栅印刷区21的半通槽壁2221与所述第一表面23相垂直，制备工艺较为简单。

另一具体实施例中，如图4、图6所示，自内向外，所述半通槽222沿所述硅片2厚度方向逐渐加深，构成所述半通槽222的半通槽底壁2222为斜面，能够减小所述焊带4弯曲度的同时，对所述焊带4起到支撑和引导的作用，提高焊接的稳定性。

优选地，如图4～图6所示，所述硅片2的第一主栅印刷区、第二主栅印刷区的端侧均具有所述半通槽222，因此位于该硅片2制备的电池片3正面边缘的焊带4、背面边缘的焊带4均位于所述半通槽222内，能够进一步减小焊带4 弯曲度，并减小片间距。

当然，如图2所示，所述硅片2的第一主栅印刷区或第二主栅印刷区中的一个的端侧具有所述半通槽222，也能在一定程度上减小片间距。其中，所述半通槽222的形状可参考图10和图11中的任意一个半通槽222设置，于此不再赘述。

以本发明的具有半通槽222的硅片2制备电池片3时，经过电池制绒、扩散、镀膜后开始印刷，由于硅片2上的主栅印刷区21的端侧具有半通槽222，印刷时，不需要印刷浆料，降低硅片2单耗；同时硅片2的边缘具有的半通槽 222，增大网版张力，网版印刷寿命得到延长；对电池片3测试分选后，如图 10和图11所示，通过焊接焊带4形成光伏组件5时，由于电池片3主栅31的边缘具有半通槽222，焊带4于所述半通槽222处开始弯曲，能够减小弯曲度，且所述焊带4部分位于半通槽222内，减少相邻片间距，这样串焊时电池片3 的间距可以大大缩小，同版型组件上，可以增加电池片3数量，从而提升光伏组件5的功率；同时焊带4不经过片间缝隙，焊带4弯曲度不会增加，从而减少焊接碎片率。

发明人在研究中发现，在现有的硅片2上直接开槽可以得到上述任意一种具有半通槽222的硅片2，但是，一方面光伏组件5需要的硅片2数量较多，逐一开槽效率较低；另一方面，硅片2的厚度约为200μm±20μm，逐一开槽时损伤硅片2的几率较大，造成成品的浪费。经过进一步地研究，发明人发现可以对未切割前的硅锭1进行改进，以在切片后即可获得上述任意一种具有半通槽222的硅片2，大大提高了开槽效率，同时能够降低硅片2的破片率。

请参考图1、图3、图7～图9所示，为本申请较佳实施例的硅锭1，切片后形成硅片2。

所述硅锭1包括用以形成硅片2的主栅印刷区21的主印预设区11、位于所述主印预设区的侧表面上的预制槽12，所述预制槽12位于所述主印预设区的至少一端。

所述预制槽12包括沿所述硅锭1的长度方向间隔排列的若干凹槽122，也即每一所述预制槽12为一列凹槽122；沿所述硅锭1的长度方向上相邻所述凹槽122之间的距离L小于预形成的硅片2的厚度；沿着所述硅锭1的径向在所述凹槽122中间位置处进行切片，形成的所有硅片2均具有半通槽222的硅片 2。进一步地，所述凹槽122沿长度方向的长度小于预形成的硅片2的厚度的两倍，因此切片后在所有的所述硅片2上形成所述半通槽222。若所述凹槽122 沿硅锭1长度方向的长度等于或大于预形成的硅片2的厚度的两倍时，则会在凹槽122处至少切两次，切片后仍然能够形成边缘具有所述半通槽222的硅片，同时还会有部分所述硅片2的边缘具有贯通槽。

所述凹槽122可以采用激光切割、等离子体刻蚀等常规工艺制成，工艺参数可参考本领域在制备太阳能电池过程中用到的、在硅片上开孔的工艺条件，于此不再赘述。例如，一具体实施例中，采用激光切割形成所述凹槽122，其工艺参数为：功率40W～200W，光斑直径15μm～50μm，速度15m/s～50m/s，频率500HZ～1500HZ；其中功率和光斑直径为重要参数。

本申请所提及的“硅锭1的径向”指的是，与所述硅锭1的长度延伸方向相垂直的方向。

“所述预制槽12所述主印预设区11的至少一端”包括：如图1所示，所述预制槽12位于所述主印预设区11的一端；或者如图3、图7～图9所示，所述预制槽12位于所述主印预设区11的两端，或称位于所述主印预设区11的两端的侧表面上均具有所述预制槽12，切片后形成所述主栅印刷区21两端均具有所述半通槽222的硅片2。

进一步地，靠近所述主印预设区11的凹槽壁与所述硅锭1的长度延伸方向相平行，则切割后形成如图4、图5所示的硅片2；或靠近所述主印预设区11 的凹槽壁包括与预形成的若干硅片2一一对应的倾斜壁，切片后形成如图4、图6所示的硅片2。

另外，所述凹槽122的截面形状为方形、矩形、梯形、半圆形中的至少一种，其中方形、矩形、梯形中靠近所述主印预设区的一边为直边或弧形边。该截面形状为沿所述硅锭1的径向方向切割后形成的截面。

所述凹槽122的宽度不小于所述主印预设区11的宽度，例如设置为0.1mm～3mm，和/或，所述凹槽122的深度0.1cm～2cm，采用现有的焊带进行焊接时，均能容纳部分或全部焊带，缩小片间距。

考虑到电池片3排版、光伏组件5的有效面积利用率等因素，所述硅锭1 的截面形状通常采用如图1、图3、图7～图9所示的方形，即所述硅锭1为方硅锭。所述方硅锭包括相对设置的第三表面13、第四表面，所述主印预制区沿垂直于所述第三表面13的方向延伸，所述预制槽12设置于所述第三表面13 和/或第四表面；沿着所述硅锭1的径向进行切片，可形成一侧边缘或相对设置的两侧边缘均具有所述半通槽222的硅片2。一具体实施例中，以最终形成9 根主栅的电池片3为例，方硅锭的第三表面13和第四表面上均开设9根预制槽 12，且第三表面13上的9根所述预制槽12与第四表面上的9根所述预制槽12 一一对应。

本申请还提供一种硅锭的制备方法，包括如下步骤：开槽，于所述硅锭1 的侧表面上制备预制槽12，所述预制槽12位于所述硅锭1上的主印预设区的至少一端；且所述预制槽12包括沿所述硅锭1的长度方向间隔排列的若干凹槽 122。

进一步地，硅锭的制备方法还包括如下步骤：

形成晶硅锭，具体包括但不限于以下两种方式：将晶硅原料放入铸锭炉内形成晶硅锭；或将晶硅原料放入拉晶炉内加热融化并通过子晶向上拉引，形成晶硅锭；

开方，又称切方或剖方，通常采用金刚线开方机或刀切工艺将晶硅锭切成硅锭；

硅锭检测，通常对硅锭的少子寿命、杂质、阴影等进行检测；

切割，切除硅锭中不合格的部分，例如切除低少子寿命的头尾部分；

磨面。

其中，所述开槽步骤位于所述开方后即可，与所述硅锭检测、切割、磨面等步骤的顺序可以任意互换。

优选地，所述开槽位于切割步骤后，即所述开槽位于切割步骤后，与切割后的其他步骤的顺序可任意互换。去除头尾后，硅锭的长度缩短，因此开槽的长度也相应缩短，节约开槽成本。

或，优选地，所述开槽位于磨面之后，形成的预制槽的尺寸不会受磨面过程的影响，预制槽的尺寸控制更为精确。

其中，形成晶硅锭、开方、硅锭检测、切割、磨面等均采用现有技术，于此不再赘述。

一具体实施例中，所述开槽具体包括，通过激光切割、等离子体刻蚀工艺，形成所述凹槽122。具体地，开槽工艺参数参考本领域在制备太阳能电池过程中用到的、在硅片上开孔的工艺条件，于此不再赘述。例如，一具体实施例中，采用激光切割形成所述凹槽122，其工艺参数为：功率40W～200W，光斑直径 15μm～50μm，速度15m/s～50m/s，频率500HZ～1500HZ；其中功率和光斑直径为重要参数。

另，所述凹槽122的截面形状为方形、矩形、梯形、半圆形中的至少一种。所述截面形状为沿所述硅锭1的径向切割后形成的截面。

所述预制槽12位于所述硅锭1上的主印预设区的两端。

本申请还提供一种硅片2的制备方法，包括采用上述任意一种硅锭的制备方法制备硅锭1及切片，所述切片过程为于所述预制槽12处沿所述硅锭1的径向进行切片，形成边缘具有半通槽222的硅片2。

具体地，切片过程为，如图1所示于所述凹槽122沿垂直于长度方向的边缘处，沿所述硅锭1的径向进行切片，形成如图2所示的硅片2，或如图3所示于所述凹槽122沿长度方向的中间位置处，沿所述硅锭1的径向进行切片，形成如图4～图7所示的硅片2。

另外，所述硅片2的制备方法还包括切片后的硅片清洗、分选包装等常规步骤；具体过程于此不再赘述。

与传统的硅锭制备方法或硅片制备方法相比，本申请增加了对硅锭1进行开槽的步骤，在硅锭1边缘形成预定图形的预制槽12，可以切片形成具有半通槽222的硅片2；并且该过程中形成所述预制槽12时切割出的硅料可以再次用于铸锭，减少晶硅料的用量，同时降低了晶硅料消耗，降低硅片2成本；且对整个硅锭开槽，开槽工艺易于控制，且能减少硅片2的碎片率。

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申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种硅锭的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

开槽，于所述硅锭的侧表面上制备预制槽，所述预制槽位于所述硅锭上的主印预设区的至少一端；且所述预制槽包括沿所述硅锭的长度方向间隔排列的若干凹槽；靠近所述主印预设区的凹槽壁包括与预形成的若干硅片一一对应的倾斜壁。

2.根据权利要求1所述的硅锭的制备方法，其特征在于，所述开槽具体包括，通过激光切割、等离子体刻蚀工艺，形成所述凹槽。

3.根据权利要求1所述的硅锭的制备方法，其特征在于，沿所述硅锭的径向方向切割后形成的所述凹槽的截面形状为方形、矩形、梯形、半圆形中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的硅锭的制备方法，其特征在于，所述预制槽位于所述硅锭上的主印预设区的两端。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的硅锭的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

形成晶硅锭；

开方；

硅锭检测；

切割，切除硅锭中不合格的部分；

磨面。

6.根据权利要求5所述的硅锭的制备方法，其特征在于，所述开槽位于切割步骤后。

7.根据权利要求5所述的硅锭的制备方法，其特征在于，所述开槽位于磨面后。

8.一种硅片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

制备硅锭，采用权利要求1~7任意一项所述的硅锭的制备方法制备硅锭，且沿硅锭的长度方向上相邻所述凹槽之间的距离小于预形成的硅片的厚度；

切片，于所述凹槽的中间位置处沿所述硅锭的径向进行切片。

9.一种硅片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

制备硅锭，采用权利要求1~7任意一项所述的硅锭的制备方法制备硅锭，且所述凹槽沿硅锭的长度方向的长度小于预形成的硅片的厚度的两倍；

切片，于所述凹槽与所述硅锭长度方向垂直的边缘处沿所述硅锭的径向进行切片。

10.一种硅锭，包括用以形成硅片的主栅印刷区的主印预设区，其特征在于，所述硅锭还包括位于所述硅锭的侧表面上的预制槽，所述预制槽位于所述主印预设区的至少一端，所述预制槽包括沿所述硅锭的长度方向间隔排列的若干凹槽，沿长度方向上相邻所述凹槽之间的距离小于预形成的硅片的厚度；靠近所述主印预设区的凹槽壁包括与预形成的若干硅片一一对应的倾斜壁。

11.根据权利要求10所述的硅锭，其特征在于：所述预制槽位于所述主印预设区的两端。

12.根据权利要求10所述的硅锭，其特征在于：沿所述硅锭的径向方向切割后形成的所述凹槽的截面形状为方形、矩形、梯形、半圆形中的至少一种。

13.根据权利要求10~12任意一项所述的硅锭，其特征在于：所述凹槽的深度介于0.1cm~2cm之间。

14.一种硅片，包括位于所述硅片的表面的若干主栅印刷区，其特征在于：所述硅片还包括位于所述主栅印刷区至少一端的半通槽，所述半通槽向外延伸至所述硅片的边缘，所述半通槽的深度小于所述硅片的厚度；自内向外，所述半通槽沿所述硅片厚度方向逐渐加深。

15.根据权利要求14所述的硅片，其特征在于：所述半通槽位于所述主栅印刷区的两端。

16.根据权利要求14所述的硅片，其特征在于：沿所述硅片的厚度方向切割后形成的所述半通槽的截面形状为方形、矩形、梯形、半圆形中的至少一种。

17.根据权利要求14所述的硅片，其特征在于：所述半通槽的宽度不小于所述主栅印刷区的宽度，和/或所述半通槽的深度介于0.1cm~2cm之间。

18.根据权利要求14~17任意一项所述的硅片，其特征在于：所述表面包括沿所述硅片厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，若干主栅印刷区包括设置于所述第一表面的第一主栅印刷区、设置于所述第二表面的第二主栅印刷区；所述半通槽位于第一主栅印刷区和/或第二主栅印刷区的端侧。

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