CN113696357A - 一种切割线及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种切割线及其制作方法，涉及光伏技术领域，以避免切割线切割硅棒形成硅片的过程，向硅片引入铜元素，进而实现改善少子寿命的目的。该切割线的制作方法包括：提供一基体；基体包括切割线本体和包覆切割线本体的保护层，保护层含有铜元素；采用预处理工艺去除保护层；在切割线本体上形成结合层；在结合层上形成金刚石颗粒层。本发明提供的切割线及其制作方法用于制作切割线。

Description

一种切割线及其制作方法

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种切割线及其制作方法。

背景技术

金属对太阳能电池的污染，是太阳能电池出现光致衰减的重要因素。例如，铜元素对硅片的少子寿命具有不利影响。

在太阳能电池的硅片生产工序中，切片工序所使用的切割线会向硅片引入铜元素，污染硅片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种切割线及其制作方法，以避免切割线切割硅棒形成硅片的过程，向硅片引入铜元素和锌元素，进而实现改善少子寿命的目的。

第一方面，本发明提供一种切割线的制作方法。该切割线的制作方法包括：

提供一基体；该基体包括切割线本体和包覆切割线本体的保护层，保护层含有铜元素；

采用预处理工艺去除保护层；

在切割线本体上形成结合层；在结合层上形成金刚石颗粒层。

采用上述技术方案时，切割线所包括的含有铜元素的保护层被去除。而现有技术中，切割线通常包括铜锌合金层。对比可以发现，本发明制作的切割线没有含铜元素的保护层，从而使得切割线不会引入大量的铜元素。当利用这种切割线切割硅棒时，即使切割线的金刚石颗粒层和结合层磨损，由于切割线没有含铜元素的保护层，可以避免向硅片引入铜元素，进而可以改善硅片的少子寿命，减少光衰，提高利用该硅片所制作的太阳能电池的转换效率。

在切割线的制作过程中，基体具有含铜元素的保护层，可以借助保护层良好的延展性和润滑性，方便的形成高性能的基体。随后，去除含铜元素的保护层，可以避免向硅片引入铜元素。由此可见，本发明的切割线的制作方法不仅可以利用含铜元素的保护层的优良性能，而且可以避免保护层对硅片的不利影响。

在一些实施方式中，上述预处理工艺为化学试剂清洗；化学试剂清洗的试剂包括酸性溶液。当采用化学试剂清洗的方式去除保护层时，可以利用化学试剂与特定物质反应的特点使试剂仅与保护层反应，从而可以避免去除保护层的过程中破坏切割线本体。

在一些实施方式中，每升酸性溶液由10g～20g的硫酸铵、110mL～135mL氨水以及水混合而成。此时，该酸性溶液可以较好的与保护层中的铜发生反应，从而可以将铜元素从基体表面剥离去除。

在一些实施方式中，上述化学试剂清洗的工艺参数包括：清洗温度为10℃～50℃，基体从酸性溶液中经过的速度为1m/s～10m/s；化学试剂清洗的次数为1次～3次。在该温度下，保护层与酸性溶液的反应速度较快，可以提高去除保护层的效率。基体以上述速度从酸性溶液中经过，可以确保基体在移动过程中能够充分与酸性溶液接触，并确保足够的接触时间，从而能够较彻底的去除保护层。以上述次数进行清洗，可以进一步确保化学试剂清洗保护层的去除效果。

在一些实施方式中，上述预处理工艺为物理剥离。此时，可以设定进行剥离的厚度，从而可以确保保护层完全去除。

在一些实施方式中，去除保护层之后，在切割线本体上形结合层之前，切割线的制作方法还包括：水洗切割线本体。水洗工艺可以较好的洗去酸性溶液，减少切割线本体表面所残留的酸性溶液，进而减少残留的酸性溶液对结合层的不利影响，提高金刚石颗粒层与切割线本体的结合性能，提高切割线的性能。

在一些实现方式中，上述保护层的材料为铜锌合金。此时，铜锌合金具有较好的延展性和润滑性，有利于制作切割线基体。并且，去除铜锌合金材料的保护层可以避免向切割线引入铜元素和锌元素。

在一些实施方式中，上述切割线本体的材料为高碳钢。此时，可以先在高碳钢切割线本体的表面附着保护层，借助保护层良好的延展性和润滑性，方便的形成线型的基体，然后再去除该保护层，避免铜元素的引入。

在一些实施方式中，上述结合层的材料包括镍和/或铬。镍和铬不仅可以使金刚石较好的与基体结合在一起，而且取材方便，成本较低。

在一些实施方式中，上述金刚石颗粒层包括多个金刚石颗粒，金刚石颗粒部分嵌入结合层。此时，金刚石颗粒部分嵌入结合层中，便于将金刚石颗粒牢固的固定在切割线的基体上，提高金刚石颗粒的稳定性；与此同时，部分裸露在结合层之外，用于切割硅棒。

第二方面，本发明提供一种切割线。该切割线采用第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的切割线的制作方法制作而成。

第二方面所提供的切割线的有益效果，可以参考第一方面提供的切割线的制作方法的有益效果，在此不再赘言。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中切割线的纵剖面结构示意图；

图2为现有技术中切割线的横剖面结构示意图；

图3为现有技术中，使用后切割线的基体磨损电镜图；

图4～图7为本发明实施例提供的切割线的制作过程的各状态示意图；

图8为本发明实施例提供的切割线的纵剖面结构示意图；

图9为本发明实施例提供的切割线的横剖面结构示意图。

附图标记：

图1～图3中，11-切割线本体，12-铜锌合金层，13-切割层。

图4～图9中，21-基体，210-切割线本体，211-保护层，22-结合层，23-金刚石颗粒层，231-金刚石颗粒。

具体实施方式

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

研究表明，太阳能电池光衰的主要因素有BO复合体、位错缺陷、金属污染等。金属污染中，铜元素对硅片少子寿命的俘获能力最为明显。在硅片生产工序中，铜元素可能引入的因子有拉晶工序和切片工序，其它过程引入可能性极小。

在切片工序中，利用切割线将圆形硅棒切成方形硅棒，然后在利用切割线将方形硅棒切片，获得硅片。如图1和图2所示，切割线包括切割线本体11、铜锌合金层12和切割层13。切割层13用于对硅棒进行切割。铜锌合金层12位于切割线本体11和切割层13之间。如图3所示，当切割线多次切割硅棒后，切割线本体11表面以及切割层13、铜锌合金层12均会出现不同程度的磨损，导致部分切割线本体11裸露。由于磨损的原因，铜锌合金层12的铜元素容易随着切割工艺的进行被引入到硅片中，进而加剧太阳能电池光衰，影响太阳能电池的转换效率。

为了解决上述技术问题，避免切片工序中向硅片引入铜元素，本发明实施例提供一种切割线的制作方法。如图4-7所示，该切割线的制作方法包括以下步骤：

步骤S100：如图4所示，提供一基体21。该基体21可以为市售的切割线基体21，也可以为自行制作的基体21。在实际应用中，本步骤所提供的基体21为经过清洗处理的基体21。具体的，清洗处理可以包括碱溶液清洗、超声波清洗、热水清洗、冷水清洗、酸溶液清洗和水洗。其中，碱溶液清洗和超声波清洗可以去除基体21表面的油性物质。热水清洗和冷水清洗，可以去除基体21表面的碱性和油性杂质。酸溶液清洗，可以去除基体21表面的锈渍。最后的水洗，可以去除清洗处理过程基体21表面的残留杂质，获得表面清洁的基体21。

如图4所示，上述基体21为切割线的主体部分。基体21可以为圆柱形的线型结构，且具有柔韧性。本步骤提供的基体21可以包括切割线本体210和包覆切割线本体210的保护层211，保护层211含有铜元素。

上述切割线本体210的材料可以为高碳钢。高碳钢，又称工具钢，是含碳量为0.60％至1.70％的钢材。此时，可以先在高碳钢切割线本体210的表面附着保护层211，借助保护层211良好的延展性和润滑性，方便的形成线型的基体21。

上述保护层211的材料可以为铜锌合金。铜锌合金是一种记忆合金，其密度为6.75g/cm³。除了铜元素和锌元素外，铜锌合金还可以包括镍元素等。铜锌合金具有较好的延展性和润滑性，有利于制作切割线的基体。后续，去除铜锌合金的保护层211可以避免向切割线引入铜元素和锌元素。

步骤S200：如图5所示，采用预处理工艺去除保护层211。

上述去除保护层211的预处理工艺可以为物理剥离，也可以为化学试剂清洗。

示例性的，预处理工艺可以为化学试剂清洗，化学试剂清洗的试剂包括酸性溶液。此时，可以利用化学试剂与特定物质反应的特点使试剂仅与保护层211反应，从而可以避免去除保护层211的过程中破坏切割线本体210。具体的，每升酸性溶液可以由10g～20g的硫酸铵、110mL～135mL氨水以及水混合而成。例如，每升酸性溶液中，硫酸铵的质量可以为10g、11g、12g、13g、14g、15g、16g、17g、18g、19g、20g等。每升酸性溶液中，氨水的体积可以为110mL、112mL、115mL、118mL、120mL、123mL、126mL、130mL、134mL、135mL等。氨水为分析纯氨水。此时，该酸性溶液可以较好的与铜发生反应，从而可以将铜元素从基体21表面剥离去除。

上述化学试剂清洗的工艺参数可以包括：清洗温度为10℃～50℃，基体从酸性溶液中经过的速度为1m/s～10m/s；化学试剂清洗的次数为1次～3次。例如，清洗温度可以为10℃、12℃、15℃、19℃、20℃、25℃、27℃、30℃、35℃、40℃、43℃、46℃、50℃等。基体从酸性溶液中经过的速度可以为1m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、4m/s、4.6m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、9.5m/s、10m/s等。化学试剂清洗的次数可以为1次、2次或3次。在该温度下，保护层与酸性溶液的反应速度较快，可以提高去除保护层的效率。基体以上述速度从酸性溶液中经过，可以确保基体在移动过程中能够充分与酸性溶液接触，并确保足够的接触时间，从而能够较彻底的去除保护层。以上述次数进行清洗，可以进一步确保化学试剂清洗保护层的去除效果。

示例性的，预处理工艺也可以为物理剥离。此时，可以设定进行剥离的厚度，从而可以确保保护层211完全去除。例如，基体21包括的保护层211的厚度为Xmm，则物理剥离的厚度至少为Xmm。在实际应用中，进行物理剥离的工具可以为环形刀。

去除保护层211之后，还可以水洗切割线本体210。水洗工艺可以较好的洗去酸性溶液，减少切割线本体210表面所残留的酸性溶液，进而减少残留的酸性溶液对结合层22的不利影响，提高金刚石颗粒层23与切割线本体210的结合性能，提高切割线的性能。

步骤S300：如图6所示，在切割线本体210上形成结合层22。该切割线本体210为清洗干净且没有保护层211的切割线本体210。

上述结合层22的主要作用为将金刚石颗粒层23牢固的与切割线本体210结合在一起。结合层22包覆在切割线本体210的表面，其为空心的圆柱形结构。

结合层22的材料可以为镍、铬等。结合层22的厚度可以为10nm～30nm。结合层22的形成工艺可以为电镀工艺。在实际应用中，可以采用电镀工艺在切割线本体210的表面镀上镍材质的结合层22。也可以采用电镀工艺在切割线本体210的表面镀上铬材质的结合层22。镍和铬不仅可以使金刚石较好的与切割线本体210结合在一起，而且取材方便，成本较低。

步骤S400：如图7所示，在结合层22上形成金刚石颗粒层23。金刚石颗粒层23由多个金刚石颗粒231组成，金刚石颗粒231部分嵌入结合层22。

上述金刚石颗粒层23位于切割线的最外层，其具有大的硬度，用于切割硅棒。具体的，金刚石颗粒层23所包括的金刚石颗粒231分散在结合层22表面。金刚石颗粒231部分嵌入结合层22中，便于将金刚石颗粒231牢固的固定在切割线基体21上，提高金刚石颗粒231的稳定性；与此同时，部分裸露在结合层22之外，用于切割硅棒。

该步骤主要采用上砂工艺，将金刚石颗粒231均匀的分散并嵌入结合层22上。

在实际应用中，为了确保金刚石颗粒层23的稳固性，上砂工艺后，还可以再次利用电镀工艺加厚结合层22。

形成金刚石颗粒层23后，获得切割线。应理解，还可以对切割线进行热水清洗、吹扫、烘干、收线、检测和包装处理，以便于入库备用。热水处理和吹扫，可以去除切割线表面附着的多余的镍颗粒。

综上可知，切割线所包括的含有铜元素的保护层211被去除。而现有技术中，切割线通常包括铜锌合金层。对比可以发现，本发明实施例制作的切割线没有含铜元素的保护层211，从而使得切割线不会引入大量的铜元素。当利用这种切割线切割硅棒时，即使切割线的金刚石颗粒层23和结合层22磨损，由于切割线没有含铜元素的保护层211，可以避免向硅片引入铜元素，进而可以改善硅片的少子寿命，减少光衰，提高利用该硅片所制作的太阳能电池的转换效率。

在切割线的制作过程中，基体21具有含铜元素的保护层211，可以借助保护层211良好的延展性和润滑性，方便的形成高性能的基体21。随后，去除含铜元素的保护层211，可以避免向硅片引入铜元素。由此可见，本发明实施例的切割线的制作方法不仅可以利用含铜元素的保护层211的优良性能，而且可以避免保护层211对硅片的不利影响。

本发明实施例还提供一种切割线。该切割线采用上述的切割线的制作方法制作而成。该切割线用于切割硅棒。如图8和图9所示，该切割线包括切割线本体210、结合层22和金刚石颗粒层23，结合层22包覆在切割线本体210上，金刚石颗粒层23设在结合层22上。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种切割线的制作方法，其特征在于，包括：

提供一基体；所述基体包括切割线本体和包覆所述切割线本体的保护层，所述保护层含有铜元素；

采用预处理工艺去除所述保护层；

在所述切割线本体上形成结合层；在所述结合层上形成金刚石颗粒层。

2.根据权利要求1所述的切割线的制作方法，其特征在于，所述预处理工艺为化学试剂清洗；所述化学试剂清洗的试剂包括酸性溶液。

3.根据权利要求2所述的切割线的制作方法，其特征在于，每升所述酸性溶液由10g～20g的硫酸铵、110mL～135mL氨水以及水混合而成。

4.根据权利要求3所述的切割线的制作方法，其特征在于，所述化学试剂清洗的工艺参数包括：清洗温度为10℃～50℃，所述基体从所述酸性溶液中经过的速度为1m/s～10m/s；所述化学试剂清洗的次数为1次～3次。

5.根据权利要求1所述的切割线的制作方法，其特征在于，所述预处理工艺为物理剥离。

6.根据权利要求1～5任一项所述的切割线的制作方法，其特征在于，去除所述保护层之后，在所述切割线本体上形结合层之前，所述切割线的制作方法还包括：水洗所述切割线本体。

7.根据权利要求1～5任一项所述的切割线的制作方法，其特征在于，所述保护层的材料为铜锌合金。

8.根据权利要求1～5任一项所述的切割线的制作方法，其特征在于，所述切割线本体的材料为高碳钢。

9.根据权利要求1～5任一项所述的切割线的制作方法，其特征在于，所述结合层的材料包括镍和/或铬；所述金刚石颗粒层包括多个金刚石颗粒，所述金刚石颗粒部分嵌入所述结合层。

10.一种切割线，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的切割线的制作方法制作而成。

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