CN113580403A - 晶硅切割方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及光伏技术领域，公开了一种晶硅切割方法，在切割晶硅体之前，包括如下步骤：将辅材板通过粘胶层固定在晶硅体上；其中，辅材板包括层叠设置的第一材料板和第二材料板，第一材料板与粘胶层固定，第一材料板的邵氏硬度为85度至95度，第一材料板的厚度为0.1毫米至7毫米。本申请实施例提供的晶硅切割方法有利于提高晶硅的切割效率。

Description

晶硅切割方法

技术领域

本申请实施例涉及光伏技术领域，特别涉及一种晶硅切割方法。

背景技术

当前能源需求巨大，传统能源由于储量有限、不利于环保等问题，需求逐步下降，而清洁低成本能源的需求与日俱增，在清洁能源中，太阳能光伏具有高效低成本优势，较其他风能、潮汐能等拥有更大的发展前景。

在太阳能光伏领域中，主要使用到晶硅等材料来制作太阳能电池，晶硅作为一种性能优异的半导体材料，被广泛地应用在太阳能光伏电池板中，其能够达到较高的能量转换效率。原始硅料可以在铸锭炉内生产成为多晶硅锭，或者在单晶炉内通过直拉法拉制单晶，然后可以对制备好的硅棒进行切片。

在晶硅切片工序里，硅棒通常固定在切片机台的内部顶端，金刚线缠绕在切片机台内的主辊上。在切割过程中，金刚线在主辊的带动下高速转动，通过使硅棒下降挤压金刚线，达到切割硅棒以产出硅片的目的，但是目前的硅棒在切割时，切割时间较长，不利于提高晶硅的切割效率。

发明内容

本申请实施方式的目的在于提供一种晶硅切割方法，有利于提高晶硅的切割效率。

为解决上述技术问题，本申请的实施方式提供了一种晶硅切割方法，在切割晶硅体之间，包括如下步骤：

将辅材板通过粘胶层固定在所述晶硅体上；

其中，所述辅材板包括层叠设置的第一材料板和第二材料板，所述第一材料板与所述粘胶层固定，所述第一材料板的邵氏硬度为85度至95度，所述第一材料板的厚度为0.1毫米至7毫米；和/或

所述粘胶层包括位于同一平面上的第一粘胶层和两个第二粘胶层，两个所述第二粘胶层沿第一方向相对设置在所述第一粘胶层的两侧，两个所述第二粘胶层的邵氏硬度为80度至100度。

本申请实施方式提供的晶硅切割方法，通过在辅材板中采用邵氏硬度为85度至95度的第一材料板，或者通过在粘胶层中采用邵氏硬度为80度至100度的第二粘胶层，或者通过同时在辅材板中采用邵氏硬度为85度至95度的第一材料板和在粘胶层中采用邵氏硬度为80度至100度的第二粘胶层，来达到使第一材料板的邵氏硬度和/或第二粘胶层的邵氏硬度接近晶硅体的邵氏硬度，从而减缓在切割过程中由于出现硬度的突变而引起金刚线的线弓现象，也就无需在金刚线进入晶硅体切割的收尾阶段时降低晶硅体的下降速度，进而提高了晶硅的切割效率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是硅棒在切片加工时的示意图；

图2是金刚线在切割至硅棒收尾阶段时、出现线弓现象的示意图；

图3是本申请实施例提供的晶硅切割方法采用的第一种晶硅体切片结构的爆炸图；

图4是图3所示晶硅体切片结构中辅材板的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的晶硅切割方法采用的第二种晶硅体切片结构的爆炸图；

图6是图5所示晶硅体切片结构中粘胶层的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的晶硅切割方法采用的第三种晶硅体切片结构的爆炸图；

图8是本申请实施例提供的晶硅切割方法采用的第四种晶硅体切片结构的爆炸图；

图9是图8所示晶硅体切片结构中辅材板的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的晶硅切割方法采用的第五种晶硅体切片结构的爆炸图；

图11是本申请实施例提供的晶硅切割方法采用的第六种晶硅体切片结构的爆炸图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

目前硅棒在采用金刚线（即金刚石切割线）进行切割时，首先将辅材板通过胶材粘接在硅棒（即晶硅体）上，其次将硅棒经辅材板固定在切片机台的内部顶端，控制硅棒下降经过高速旋转的金刚线，即可进行硅棒的切片过程。

如图1所示，金刚线400缠绕在主辊500上，并在主辊500的带动下沿图1中箭头A所示方向行进，而硅棒300则在沿图1中箭头B所示方向下降的过程中挤压金刚线400，从而在金刚线400的作用下进行切割以产出硅片。

但是如图2所示，金刚线400在切割至粘胶层200和辅材板100的时候，即进入硅棒300切割的收尾阶段时，金刚线400会出现越来越明显的线弓现象，即金刚线400会由直线形状变成弧线形状，而且弧形形状的弯曲程度在加剧。金刚线400之所以在进入硅棒300切割的收尾阶段，会出现线弓现象的加剧，是因为目前辅材板100和胶材的硬度远小于硅棒300的硬度，导致金刚线400在硅棒300两侧处切割到粘胶层200和辅材板100的时候，金刚线400在硅棒300两侧处受到的切割阻力瞬间减小，金刚线400在硅棒300两侧处受到的切割阻力越小，则金刚线400的线弓现象越明显，此时金刚线400往上拉的力也就越大，造成硅片的不良也越严重。另外，在硅棒300两侧都已切透时，中间部位还有较大的距离没有切透，随着硅棒300的继续下降，金刚线400继续切割，当金刚线400切割至硅棒300最后中间的一点未切透时，此时金刚线400线弓程度达到最大值，金刚线400往上拉的力达到最大，这种情况下，容易出现硅棒300中间的最后一点不是切透的，而是被金刚线400硬拉上去的，这就容易导致产出的硅片在该部位出现崩边的不良情况，同时也会降低金刚线400的使用寿命。

因此，当前为了解决硅片的不良问题，在金刚线400快到硅棒300切割的收尾阶段时，必须降低硅棒300的下降速度来防止金刚线400的线弓程度过大，以保证硅片品质良率，但如此一来，硅棒300切割时间较长，会严重影响硅棒300的切割效率，例如图1中所示的硅棒300在一种具体的情形下，完成主体部分的切割耗时达到75分钟，但是收尾阶段的切割时间却达到了25分钟，即硅棒300收尾阶段的切割时间达到了主体部分的切割时间的1/3。

而本申请实施例通过增加辅材板100和/或粘胶层200的硬度，使二者中的至少一者的硬度接近硅棒300的硬度，这样，金刚线400在硅棒300两侧切割到粘胶层200和辅材板100时，不会出现所受阻力发生突变的情况，从而减缓因为辅材板100和粘胶层200的硬度与硅棒300的硬度差距较大而引起金刚线400的线弓现象加剧，从而也就无需降低硅棒300在收尾阶段中的下降速度，进而提高硅棒300的切割效率。例如同样是图1所示的硅棒300，在增加辅材板100和/或粘胶层200的硬度后，其收尾阶段的切割过程可以仅用5分钟便完成，切割时间降低了4/5，这极大地提高了晶硅的切割效率。

需要说明的是，此处增加辅材板100和粘胶层200的硬度，使二者的硬度同时接近硅棒300的硬度，毫无疑义可以防止金刚线400在硅棒300两侧切割到辅材板100和粘胶层200时出现所受切割阻力的突变。而在增加辅材板100或者粘胶层200的硬度，使二者中的其中一者的硬度接近硅棒300的硬度，同样可以达到防止金刚线400出现所受切割阻力发生突变的目的，由于粘胶层200的厚度远小于辅材板100的厚度，粘胶层200的厚度通常不足辅材板100厚度的1/10，这样，当金刚线400在硅棒300两侧切割到粘胶层200时，会在极短的时间内切割到辅材板100，而在增加辅材板100或者粘胶层200的硬度时，金刚线400会在较短时间内过渡到同时切割二者的状态，因此，同样不会造成金刚线400线弓现象的加剧。

另外，此处增加辅材板100和/或粘胶层200的硬度，主要是增加辅材板100、粘胶层200中的至少一者位于切割边缘处的硬度，这样，在金刚线400经硅棒300两侧切割到粘胶层200和辅材板100的时候，金刚线400在硅棒300两侧处受到的切割阻力不会瞬间减小。因此，不会由于金刚线400在硅棒300两侧处受到的切割阻力瞬间减小而导致金刚线400的线弓现象加剧。此处同样可以增加辅材板100、粘胶层200中的至少一者的所有部分处的硬度，同样可以达到减缓金刚线400线弓程度的目的，从而降低硅棒300的切割时间，并确保产出硅片的品质。

本申请实施例提供了一种晶硅切割方法，在切割晶硅体之间，包括如下步骤：

将辅材板100通过粘胶层200固定在晶硅体上；

其中，如图3至图7所示，辅材板100包括层叠设置的第一材料板110和第二材料板120，第一材料板110与粘胶层200固定，第一材料板110的邵氏硬度为85度至95度，第一材料板110的厚度为0.1毫米至7毫米；和/或粘胶层200包括位于同一平面上的第一粘胶层210和两个第二粘胶层220，两个第二粘胶层220沿第一方向X相对设置在第一粘胶层210的两侧，两个第二粘胶层220的邵氏硬度为80度至100度。

在本申请实施例提供的晶硅切割方法中，通过在辅材板100中采用邵氏硬度为85度至95度的第一材料板110，或者通过在粘胶层200中采用邵氏硬度为80度至100度的第二粘胶层220，或者通过同时在辅材板100中采用邵氏硬度为85度至95度的第一材料板110和在粘胶层200中采用邵氏硬度为80度至100度的第二粘胶层220，来达到使第一材料板110的邵氏硬度和/或第二粘胶层220的邵氏硬度接近晶硅体的邵氏硬度（晶硅体的邵氏硬度为100度）。这样，金刚线在硅棒300两侧切割到粘胶层200和辅材板100时，所受到的阻力不会瞬间减小，从而减缓在金刚线切割过程中由于出现硬度的突变而引起金刚线线弓现象的加剧，也就无需在晶硅切割过程中通过降低晶硅体的下降速度，进而提高了晶硅的切割效率。此处的邵氏硬度为硬度的其中一种标示方法，第一方向X为金刚线的行进方向。

其中，此处的辅材板100可以采用复合板形式，目的是通过复合板的层级形式来过渡硬度的变化，避免出现硬度的突变而影响金刚线的切割，并且可以通过层级形式代替不易获得的特定硬度的材料，以通过不同材料之间的硬度过渡，而在硬度上满足硅棒300的切割要求。其中，辅材板100的层级形式可以是不同材料板相互粘在一起，也可以是一种材料板两面或者单面进行喷涂，而辅材板100可以包含两层，三层，或者更多层。

在一种具体的实施方式中，辅材板100可以包含两层，即包括第一材料板110和第二材料板120，其中，第一材料板110的邵氏硬度可以大于等于第二材料板120的邵氏硬度。此处并不限定第二材料板120的邵氏硬度，第二材料板120作为远离硅棒300的材料板，在整个硅棒300的切割过程中受到金刚线切割的时间较短，对产出的硅片品质的影响可以忽略。因此，将第二材料板120采用硬度较低的材料，可以节约成本。

具体地，第一材料板110和第二材料板120的厚度之和可以为10毫米至25毫米，在同时增加第一材料板110的硬度和第二粘胶层220的硬度的情况下，辅材板100的厚度（即第一材料板110和第二材料板120的厚度之和）可以选取较低的值，例如13毫米或者15毫米，而在另一些具体的实施方式中，第一材料板110和第二材料板120的厚度之和可以为18毫米至25毫米，例如在只增加第一材料板110的硬度的情况下，辅材板100的厚度可以选取较高的值，例如20毫米或者23毫米。

而为了方便晶硅体与辅材板100之间的固定，如图8和图9所示，辅材板100还可以包括第三材料板130，第三材料板130层叠设在第二材料板120远离第一材料板110的一侧，第三材料板130的邵氏硬度与第一材料板110的邵氏硬度相同。这样，在通过粘胶层200固定辅材板100与晶硅体时，由于辅材板100的正面与背面的硬度相同，因此不用区分辅材板100的正面与背面，而直接选取辅材板100的其中一面进行固定即可，方便了晶硅体与辅材板100之间的固定。

在一些具体的实施方式中，第一材料板110的材质可以包括密胺、涤纶树脂或者环氧树脂中的一种或多种，第二材料板120的材质也可以包括密胺、涤纶树脂或者环氧树脂中的一种或多种。

另外，辅材板100也可以采用与粘胶层200类似的形式，如图10所示，将板材的两侧部分进行加固加硬处理，或者在板材的两侧部分使用硬度比中间部分更高的材料替换，如图11所示，辅材板100也可以采用单板形式，即通过提高单板的硬度来适应晶硅体收尾阶段的切割。这样，同样可以在晶硅体切割过程中，达到避免由于出现硬度的突变而带来金刚线线弓现象的加剧，提高晶硅体切割效率的目的。而在板材的两侧部分使用硬度比中间部分更高的材料替换时，由于板材的中间部分相较于两侧部分更易切割，因此在金刚线切割过程中，可以降低金刚线的线弓程度，甚至使金刚线的线弓现象消失。

而此处的粘胶层200通过改变两侧的硬度，来增加粘胶层200切割边缘处的硬度，即两侧可以涂覆硬度更高的胶，而中间涂覆硬度相同或者硬度较低的胶材。与辅材板100类似，当在中间部分涂覆硬度较低的胶材时，由于粘胶层200的中间部分（即第一粘胶层210）相较于两侧部分（即两个第二粘胶层220）更易切割，因此在金刚线切割过程中，可以降低金刚线的线弓程度，甚至使金刚线的线弓现象消失。

在一些具体的实施方式中，两个第二粘胶层220的邵氏硬度可以为85度至95度，两个第二粘胶层220的邵氏硬度大于等于第一粘胶层210的邵氏硬度。

每个第二粘胶层220沿第一方向X的长度可以占晶硅体沿第一方向X的长度的5%至15%。

第一粘胶层210和/或第二粘胶层220的厚度可以为0.3毫米至0.7毫米，在同时增加第一材料板110的硬度和第二粘胶层220的硬度的情况下，第一粘胶层210、第二粘胶层220的厚度可以选取较低的值，例如0.3毫米或者0.4毫米，而在只增加第二粘胶层220的硬度的情况下，第一粘胶层210、第二粘胶层220的厚度可以选取较高的值，例如0.6毫米或者0.7毫米。

第一粘胶层210的材质可以包括密胺、环氧树脂、聚酰亚胺或者聚苯并咪唑中的一种或多种，第二粘胶层220的材质可以包括密胺、环氧树脂、聚酰亚胺或者聚苯并咪唑中的一种或多种。

在其他可能的实施方式中，粘胶层200的两侧部分与中间部分可以选用相同硬度的胶，即使粘胶层200中间部分的邵氏硬度也达到80度至100度。

在实际涂覆过程中，可以选用硬度较高的胶先涂抹两侧部分，待1至2分钟两侧部分的胶初步固化之后，即开始涂抹中间部分的胶，由于两侧部分所占的面积不会超过整个粘胶层200面积的15%，因此起主要粘结作用的为中间部分的胶，两侧部分的胶即使因暴露时间过长而引起对晶硅体的粘接力不足，也不会影响晶硅体与粘胶层200之间的粘接力度。

同样地，粘胶层200也可以采用与辅材板100类似的复合层形式，即此处的粘胶层200可以是不同硬度的胶依次涂抹在板材上，也可以是一种基材在两侧加工不同或者相同的粘质层。

此处以目前行业切割的M10硅棒300（182毫米*182毫米）为例，硅棒300（目前硅棒300粘接在树脂板上）下降的最高速度为2500μm/min（微米每分钟），但是当快切到树脂板时（切割深度为150毫米），硅棒300的下降速度开始由2500μm/min下降，最后降为200μm/min，大大延长了硅棒300的切割时间，降低了硅棒300的切割效率，且还有崩边的产生。以辅材板100采用邵氏硬度为80度至100度的第一材料板110为例，原有硅棒300的切割时间是100分钟，则现在硅棒300切割的总耗时可以降低至80分钟，减少了20%的耗时。如下面的表1所示，列举了采用五种具有不同邵氏硬度的第一材料板110后，对应的硅棒300收尾阶段的切割耗时。

表1：不同硬度板材对应的硅棒300收尾阶段的切割耗时表：

第一材料板110的邵氏硬度（度）	83	87	92	95	98
						硅棒300收尾阶段的切割耗时（分钟）	25	18	12	8	5

从上面的表1中可以看出，在使第一材料板110的邵氏硬度逐渐接近硅棒300的邵氏硬度时，硅棒300收尾阶段的切割耗时也会逐渐减小。而通过在粘胶层200中采用邵氏硬度为80度至100度的第二粘胶层220，同样具有上面表1中体现的硅棒300收尾阶段的切割耗时的减小趋势，另外，通过在粘胶层200中增大两个第二粘胶层220在第一方向X上所占的长度，可以进一步减小硅棒300收尾阶段的切割耗时。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (10)

1.一种晶硅切割方法，其特征在于，在切割晶硅体之前，包括如下步骤：

将辅材板通过粘胶层固定在所述晶硅体上；

其中，所述辅材板包括层叠设置的第一材料板和第二材料板，所述第一材料板与所述粘胶层固定，所述第一材料板的邵氏硬度为85度至95度，所述第一材料板的厚度为0.1毫米至7毫米；和/或

所述粘胶层包括位于同一平面上的第一粘胶层和两个第二粘胶层，两个所述第二粘胶层沿第一方向相对设置在所述第一粘胶层的两侧，两个所述第二粘胶层的邵氏硬度为80度至100度。

2.根据权利要求1所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述第一材料板的邵氏硬度大于等于所述第二材料板的邵氏硬度。

3.根据权利要求1所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述第一材料板和所述第二材料板的厚度之和为10毫米至25毫米。

4.根据权利要求3所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述第一材料板和所述第二材料板的厚度之和为18毫米至25毫米。

5.根据权利要求1所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述辅材板还包括第三材料板，所述第三材料板层叠设在所述第二材料板远离所述第一材料板的一侧，所述第三材料板的邵氏硬度与所述第一材料板的邵氏硬度相同。

6.根据权利要求1至5任一项所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述第一材料板的材质包括密胺、涤纶树脂或者环氧树脂中的一种或多种，所述第二材料板的材质包括密胺、涤纶树脂或者环氧树脂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的晶硅切割方法，其特征在于：

两个所述第二粘胶层的邵氏硬度为85度至95度，两个所述第二粘胶层的邵氏硬度大于等于所述第一粘胶层的邵氏硬度。

8.根据权利要求1所述的晶硅切割方法，其特征在于：

每个所述第二粘胶层沿所述第一方向的长度占所述晶硅体沿所述第一方向的长度的5%至15%。

9.根据权利要求1所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述第一粘胶层和/或所述第二粘胶层的厚度为0.3至0.7毫米。

10.根据权利要求7至9任一项所述的晶硅切割方法，其特征在于：

所述第一粘胶层的材质包括密胺、环氧树脂、聚酰亚胺或者聚苯并咪唑中的一种或多种，所述第二粘胶层的材质包括密胺、环氧树脂、聚酰亚胺或者聚苯并咪唑中的一种或多种。

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