CN114106710B - 硅棒拼接工艺、用于硅棒拼接的无机胶凝材料及切割方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅棒拼接工艺，包括以下步骤：将无机胶凝材料与水混匀制得粘结剂；将所述粘结剂涂覆于两个待拼接的所述硅棒的拼接面；将涂覆有所述粘结剂的两个待拼接的所述硅棒的拼接面对接，按压第一预定时间后，再静置第二预定时间，得拼接硅棒。无机胶凝材料主要由以下原料组成：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、氯化钙、石英粉、氯化锂、硅灰石粉、滑石粉、六偏磷酸钠、羟丙基甲基纤维素、硬脂酸锌、钛白粉、减水剂和糯米胶干粉。各原料按配比混匀，使用时，加水拌和即可实用，使用简便适用于现场操作。本发明可解决金刚线全网切割拼接硅棒时容易断线的问题。
Description
技术领域
本发明属于晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅棒拼接工艺、用于硅棒拼接的无机胶凝材料及切割方法。
背景技术
目前，太阳能行业迅速的发展使得硅片的需求量大幅度增加，在硅棒的开方和切割过程中，常常是先将两段硅棒拼接为一体，然后再开方，开方后送入切割机中进行切片，从而提高切割机的产能，提高硅片的生产效率。现有技术中硅棒的拼接通常是使用有机高分子粘结剂，将粘结剂涂覆于硅棒的端面进行拼接。
然而，在对使用有机高分子粘接剂拼接的硅棒进行切割时，金刚线切割硅棒的拼接缝时，切割前端的高温会使用于拼接的粘结剂切削下来的碎屑粘结在金刚线上，导致金刚线切割能力减弱，甚至断线。因此在现有技术中，为了避免金刚线断线的问题发生，通常采用分线网切割工艺，但是这样将带来操作复杂及产能损失的问题。
此外，现有技术中用于硅棒拼接的有机高分子粘结剂，会导致开方后单晶硅棒的边皮难以与硅方分离，需要使用高温加热或者人工将边皮砸落，导致效率低下且容易导致硅方受损。
发明内容
本发明目的在于提供一种硅棒拼接工艺、用于硅棒拼接的无机胶凝材料及切割方法，以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种硅棒拼接工艺、用于硅棒拼接的无机胶凝材料及切割方法的具体技术方案如下：
第一方面，一种硅棒拼接工艺，包括以下步骤：
将无机胶凝材料与水混匀制得粘结剂；
将所述粘结剂涂覆于两个待拼接的所述硅棒的拼接面；
将涂覆有所述粘结剂的两个待拼接的所述硅棒的拼接面对接，按压第一预定时间后，再静置第二预定时间，得拼接硅棒。
进一步地，所述第一预定时间为5-20min。
进一步地，所述第二预定时间为至少3h。
进一步地，所述无机胶凝材料与水的混合比例为1:0.3-1:0.4。
进一步地，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙40-44份、硅酸二钙20-23份、铝酸三钙7-10份、铁铝酸四钙7-10份、氯化钙0.5-3份、石英粉12-16份、氯化锂0.1-1份、硅灰石粉0.1-1份、滑石粉0.1-1份、六偏磷酸钠0.5-2份、羟丙基甲基纤维素0.1-1份、硬脂酸锌0.1-1份、钛白粉0.05-0.5份、减水剂0.3-0.6份和糯米胶干粉0.05-0.5份。
进一步地，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙44份、硅酸二钙20份、铝酸三钙8份、铁铝酸四钙8份、氯化钙1.3份、石英粉14.2份、氯化锂0.7份、硅灰石粉0.4份、滑石粉0.6份、六偏磷酸钠1份、羟丙基甲基纤维素0.6份、硬脂酸锌0.5份、钛白粉0.1份、减水剂0.5份和糯米胶干粉0.1份。
进一步地，所述减水剂为脂肪族减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸盐中的一种或者多种。
第二方面，一种无机胶凝材料，应用于所述硅棒拼接工艺，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙40-44份、硅酸二钙20-23份、铝酸三钙7-10份、铁铝酸四钙7-10份、氯化钙0.5-3份、石英粉12-16份、氯化锂0.1-1份、硅灰石粉0.1-1份、滑石粉0.1-1份、六偏磷酸钠0.5-2份、羟丙基甲基纤维素0.1-1份、硬脂酸锌0.1-1份、钛白粉0.05-0.5份、减水剂0.3-0.6份和糯米胶干粉0.05-0.5份。
进一步地，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙44份、硅酸二钙20份、铝酸三钙8份、铁铝酸四钙8份、氯化钙1.3份、石英粉14.2份、氯化锂0.7份、硅灰石粉0.4份、滑石粉0.6份、六偏磷酸钠1份、羟丙基甲基纤维素0.6份、硬脂酸锌0.5份、钛白粉0.1份、减水剂0.5份和糯米胶干粉0.1份。
第三方面，本发明提供一种硅棒切割方法，所述切割方法包括
将至少两个硅棒采用所述的硅棒拼接工艺拼接形成拼接硅棒；
对所述拼接硅棒使用金刚线进行全线网切割。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本申请选用无机胶凝材料作为拼接硅棒粘结剂，拼接后的硅棒采用金刚线切割工艺时无需再分线网切割，金刚线切割至硅棒拼接缝隙的粘结剂时，由于粘结剂为无机胶凝材料，切片过程中产生的粉末粘性较低，少量粘附于金刚线表面的粘结剂粉末可被切割工艺中的冷却水冲走，不影响金刚线的正常切割作用，从而可以避免金刚线在切割拼接缝时容易断线的问题，不需要再采用现有的解决金刚线断线问题的分线网切割的工艺，进而提高了硅片生产的产能。此外，拼接硅棒在开方过程中，边皮不易因粘结剂的粘性过高产生粘附于硅方表面的情况，并且拼接硅棒的拼接过程简便，且本申请采用的无机胶凝材料的初凝时间较短，缩短硅棒的拼接时间，提高了硅棒生产的效率。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，以下对本发明一种硅棒拼接工艺、应用于硅棒拼接的无机胶凝材料及切割方法做进一步详细的描述。实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
现有硅棒拼接工艺中采用有机高分子粘结剂将两根硅棒粘接，切片环节中金刚线切割拼接硅棒的拼接缝时，有机高分子粘结剂产生的粉末会附着于金刚线上，难以冲刷洗去，影响金刚线切割的切割效率，严重的甚至会导致金刚线跳线或断线，因此，在现有技术中需要采用分线网切割，以避开拼接缝处的有机高分子粘结剂。而分线网切割的布线操作复杂严重影响生产效率，并且分线网切割过程中，拼接硅棒的拼接缝两侧的废料厚度较大，导致硅片的产能下降。此外，拼接后硅棒的开方和切片过程中，有机高分子粘结剂产生的粉末可能粘附于硅片表面，待硅片经过抛光机打磨后，硅片表面会产生白色斑点，影响硅片的质量。
基于以上需要解决的问题，第一方面，本申请提供一种硅棒拼接工艺，尤其是为了在金刚线切片环节满足全线网切割的要求，在拼接硅棒粘结剂的选材方面，本申请从能够起到硅棒粘结效果的无机材料方面考虑，选取无机胶凝材料作为本申请硅棒拼接工艺的拼接硅棒粘结剂。
具体提供一种硅棒拼接工艺，包括以下步骤：
S1、将无机胶凝材料与水混匀制得粘结剂；
S2、将粘结剂涂覆于两个待拼接的硅棒的拼接面；
S3、将涂覆有粘结剂的两个待拼接的硅棒的拼接面对接，按压第一预定时间后，再静置第二预定时间，待粘结剂固化后得拼接硅棒。
无机胶凝材料与水混匀后制得的粘结剂可起到较好的粘结性能，当拼接硅棒拼接缝处的粘结剂固化后即可进行切片工作，金刚线切割至硅棒拼接缝处的粘结剂时，粘结剂产生的粉末粘性低，少量粘附于金刚线表面的粘结剂粉末可被切割工艺中的冷却水冲走，而粘结剂粉末对金刚线切割的影响较小，切割过程中不需要分线网，可以采用全线网，使用金刚线对接缝处的粘接剂进行切割，切割过程中金刚线不容易产生跳线或断线的情况。
在S1步骤中，按原料配比取无机胶凝材料中各原料进行混合，并加入一定量的水混匀后制得粘结剂。
具体地，步骤S1中混合获得的无机胶凝材料可放入密封罐中密封保存，密封过程中需注意防潮。步骤S1制备粘结剂时无机胶凝材料的质量可根据硅棒的截面调控改变，在一些实施例中，步骤S1中所取的无机胶凝材料的质量为50-80g，优选地，步骤S1中所取的无机胶凝材料的质量为70g，且水与无机胶凝材料的配比为(0.3-0.4):1。
在S2步骤中，擦拭待拼接的硅棒的拼接面，除去硅棒拼接面的硅粉以及其他粉末颗粒，将步骤S1中配制的粘结剂涂覆于硅棒拼接面。待拼接的硅棒可以是单晶硅棒，也可以是多晶硅棒。
在S3步骤中，将两根硅棒同中心轴线对齐后，将涂覆有粘结剂的硅棒的拼接面迅速对接，并施与两个硅棒相向的外力，按照第一预定时间后，待粘结剂初凝后移去外力，室温下静置第二预定时间后，待粘结剂固化完成硅棒的拼接，得到拼接硅棒。所得到的拼接硅棒可以被当做单一的一体的硅棒进行后续的开方工序和切片工序，不必再进行分线网。
本实施例中使用的无机胶凝材料可以采用以下内容描述的无机胶凝材料。
第二方面，本申请提供一种应用于本申请第一方面的硅棒拼接工艺的无机胶凝材料。本实施例中，无机胶凝材料优选为水硬性胶凝材料，使用水硬性胶凝材料可保证较好的粘结性，使拼接后的硅棒不易在加工过程中发生分离的情况。更优选地，无机胶凝材料为初凝时间为5-20min的水硬性胶凝材料。初凝时间可以理解为在S3步骤中自硅棒拼接面对接并施加外力按压到移去外力后的时间，即按压的第一预定时间，也就是说，第一预定时间为5-20min。如果初凝时间过长，即硅棒拼接过程中占用的时间较长，这样会直接降低硅棒加工效率，如果初凝时间太短，则无法为工作人员提供足够的操作时间，不适合生产现场的工况。第二预定时间至少为3h，例如，第二预定时间为3-10h，保证粘接剂的充分固化。
具体地，以100重量份为基准，该无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙40-44份、硅酸二钙20-23份、铝酸三钙7-10份、铁铝酸四钙7-10份、氯化钙0.5-3份、石英粉12-16份、氯化锂0.1-1份、硅灰石粉0.1-1份、滑石粉0.1-1份、六偏磷酸钠0.5-2份、羟丙基甲基纤维素0.1-1份、硬脂酸锌0.1-1份、钛白粉0.05-0.5份、减水剂0.3-0.6份和糯米胶干粉0.05-0.5份。
在一些实施例中，无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙44份、硅酸二钙20份、铝酸三钙8份、铁铝酸四钙8份、氯化钙1.3份、石英粉14.2份、氯化锂0.7份、硅灰石粉0.4份、滑石粉0.6份、六偏磷酸钠1份、羟丙基甲基纤维素0.6份、硬脂酸锌0.5份、钛白粉0.1份、减水剂0.5份和糯米胶干粉0.1份。
在一些实施例中，减水剂为脂肪族减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸盐中的一种或者多种。更优选地，减水剂选用聚羧酸减水剂。
硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙可在加入水后发生水化反应，并于硅棒表面形成许多胶体大小范围的晶体，晶体持续凝聚后形成三维空间的网状结构，从而将两根硅棒相互粘黏拼接；氯化钙可与硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙发生反应生成固体结晶，并减少组分中的游离水，此外，石英粉、硅灰石粉和滑石粉可填充于固体结晶的空隙中，形成密实的堆积结构，以此可明显提升粘结剂固化后的早期强度，减少拼接硅棒后续加工过程中，拼接处出现断裂或者分离的情况；六偏磷酸钠、羟丙基甲基纤维素、硬脂酸锌加入后可提高粘结剂的粘黏性和粘稠度，提高其涂覆于硅棒端面后的附着性，而氯化锂和糯米胶干粉两者可起到协同作用，明显提高凝固速率，缩短拼接硅棒所占用的时间。
第三方面，本申请提供一种拼接硅棒的切割方法，切割方法包括：
将至少两个硅棒采用如上所述的硅棒拼接工艺拼接形成拼接硅棒；
对拼接硅棒使用金刚线进行全线网切割。全线网切割即将拼接硅棒当做一体的硅棒，金刚线在布线时不用区分拼接区和非拼接区。具体地，将拼接硅棒放置在金刚线切割设备上，进行全网切割工艺。线网通过附着在钢丝上的金刚石切割将拼接硅棒切割成相互平行的硅片，硅片的厚度与金刚线之间的间隙对应。金刚线切割于拼接硅棒拼接缝处时，附着于金刚线上的粘结剂粉末，被切割工艺中的冷却水冲走，因此金刚线不容易产生跳线或断线的情况。
使用本发明拼接工艺的硅棒无需分线网即可进行切片加工，且切片过程中不会出现断线的问题，该拼接工艺可提高切片加工效率和出片率，此外，采用该工艺拼接后的多根硅棒可视为整体直接进行切割加工，单晶开方加工环节的效率明显提升。
以下结合实施例对本发明的无机胶凝材料作进一步的详细描述
实施例
各实施例中的组分和配比如表1所示：
表1实施例中一种应用于硅棒拼接的无机胶凝材料的组分和配比
各实施例的制备方法如下：
实施例1-3
按表1中的配比取各原料组分搅拌混匀后，制得无机胶凝材料。
对比例
各对比例中的组分和配比如表2所示：
表2对比例中一种应用于硅棒拼接的组合物的组分和配比
各对比例的制备方法如下：
对比例1-3
按表2中的配比取各原料组分搅拌混匀后，制得无机胶凝材料。
对比例4
选用市场购得的PO42.5硅酸盐水泥作为无机胶凝材料。
对比例5
选用市场购得的南宁珀源能源材料有限公司的6056硅棒胶粘剂作为粘结剂。
应用例1
一种硅棒拼接工艺，包括以下步骤：
S1、按原料配比取无机胶凝材料中各原料混合，取70g混合而成的无机胶凝材料加入25g水混匀后制得粘结剂；
S2、擦拭待拼接的硅棒的拼接面，除去硅棒拼接面的硅粉以及其他粉末颗粒，将步骤S1中配制的粘结剂涂覆于硅棒的拼接面；
S3、将两根同中心轴线对齐后，将涂覆有粘结剂的硅棒的拼接面迅速对接，并施与两个硅棒相向的外力按压第一预定时间，待粘结剂初凝后移去外力，静置第二预定时间，待粘结剂固化得到拼接硅棒。
将实施例1-3和对比例1-5制得的粘结剂分别应用于硅棒拼接工艺中，分别探究不同的第一预定时间和第二预定时间对拼接效果的影响。
具体地，对实施例1-3和对比例1-5，分别在保持第一预定时间为5min、10min、15min和20min后移去外力，并观察硅棒拼接状况；静置第二预定时间3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h和10h，探究拼接硅棒在后续开方和切片工序中的效果。
结果发现，实施例1拼接的硅棒需要在第一预定时间为20min才能达到较佳的拼接效果，此时可以移去外力，进行基本的转运操作，第二预定时间为4h，即静置4h后，拼接硅棒即可开始开方以及切片工作。
实施例2拼接的硅棒在第一预定时间为10min就能达到较佳的拼接效果，此时可以移去外力，进行基本的转运操作，第二预定时间为3h，即静置3h后，拼接硅棒即可开始开方以及切片工作。
实施例3拼接的硅棒在第一预定时间5min就能达到较佳的拼接效果，此时可以移去外力，进行基本的转运操作，第二预定时间为3h，即静置3h后，拼接硅棒即可开始开方以及切片工作。
对于实施例1-实施例3，可以优选采用实施例2的组分配比。实施例2的按压时间适中，便于工作人员现场进行拼接操作。
对比例1-3与实施例2进行对比。对比例1拼接的硅棒在第一预定时间为20min后不能达到较好的拼接效果，需要持续施加外力，直至第一预定时间为30min后才可进行基本的转运操作，对比例1的粘接剂的第二预定时间为6h，即静置6h后拼接硅棒可进行开方和切片工作。对比例1的第一预定时间和第二预定时间比实施例2长，且对比例1粘结剂固化后的拼接硅棒，拼接牢固性存在一定问题，可能出现拼接处开裂或拼接硅棒分离的情况，不能进行开方和切片工作。
对比例2拼接的硅棒在第一预定时间为20min后不能达到较好的拼接效果，需要持续施加外力，直至第一预定时间为50min后才可进行基本的转运操作，对比例2的粘接剂的第二预定时间为5h，即静置5h后拼接硅棒可进行开方和切片工作。对比例2的第一预定时间明显长于实施例2和对比例1，但对比例2的即第二预定时间短于对比例1，对比例2粘结剂固化后的拼接硅棒，拼接牢固性较佳，不影响开方和切片工作。
对比例3拼接硅棒在第一预定时间为20min后不能达到较好的拼接效果，需要持续施加外力，直至第一预定时间为70min后才可进行基本的转运操作，对比例3的粘接剂的第二预定时间为8h，即静置8h后拼接硅棒可进行开方和切片工作。对比例3粘结剂固化后的拼接硅棒，拼接牢固性较佳，不影响开方和切片工作。但是拼接时间较长，影响拼接效率。
对比例4拼接硅棒在第一预定时间为20min后不能达到较好的拼接效果，需要持续施加外力，直至第一预定时间为70min后才可进行基本的转运操作，对比例3的粘接剂的第二预定时间为9h，即静置9h后拼接硅棒可进行开方和切片工作。对比例4粘结剂固化后的拼接硅棒，拼接牢固性存在一定问题，可能出现拼接处开裂或拼接硅棒分离的情况，不能进行开方和切片工作。
对比例5拼接硅棒需静置8h后拼接硅棒才可进行开方和切片工作，但该拼接硅棒切片时需要采用分线网切割，且拼接硅棒开方过程中会产生少量的粘结剂粉末粘附于硅方，不仅会导致开方后边皮不易与硅方分离，还会导致后期硅片打磨过程中有少量粉末附着于硅片表面，导致硅片表面出现少量白点，影响硅片质量。
对比对比例1-3可以发现，氯化锂可明显提升无机胶凝材料的第一预定时间，但会影响硅棒的拼接效果；糯米胶干粉可缩短粘结剂的第二预定时间，但初凝时间较长；当氯化锂和糯米胶干粉一同加入后，两者可起到协同作用，在缩短第一预定时间和第二预定时间的同时不影响硅棒的拼接效果。
应用例2
实施例1-3的粘结剂应用于硅棒拼接工艺后，在拼接硅棒的金刚线全线网切割工艺过程中，当金刚线切割至拼接缝隙时，金刚线断线问题均得以改善，避免了分线网布线的繁琐操作，提升了切割效率。
实施例1-3的粘结剂应用于硅棒拼接工艺后，在拼接硅棒的金刚线全线网切割过程中，粘结剂的粉末物质均不会粘附于硅片的表面，因此，使用该工艺和无机胶凝材料可减少切割过程中对硅片质量的影响。此外，拼接硅棒的开方过程中，实施例1-3的粘结剂由于粘性较低，开方产生的边皮不会发生粘附于硅方周侧的情况，避免了现有技术中，拼接硅棒采用高分子粘结剂导致边皮难以脱落，需要加热或人工将边皮砸落的情况，从而也进一步提高了开方工作的效率。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种硅棒拼接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将无机胶凝材料与水混匀制得粘结剂；所述无机胶凝材料为初凝时间为5-20min的水硬性胶凝材料；以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙40-44份、硅酸二钙20-23份、铝酸三钙7-10份、铁铝酸四钙7-10份、氯化钙0.5-3份、石英粉12-16份、氯化锂0.1-1份、硅灰石粉0.1-1份、滑石粉0.1-1份、六偏磷酸钠0.5-2份、羟丙基甲基纤维素0.1-1份、硬脂酸锌0.1-1份、钛白粉0.05-0.5份、减水剂0.3-0.6份和糯米胶干粉0.05-0.5份；
将所述粘结剂涂覆于两个待拼接的所述硅棒的拼接面；
将涂覆有所述粘结剂的两个待拼接的所述硅棒的拼接面对接，按压第一预定时间后，再静置第二预定时间，得拼接硅棒；所述第一预定时间为5-20min。
2.根据权利要求1所述的硅棒拼接工艺，其特征在于，所述第二预定时间为至少3h。
3.根据权利要求1所述的硅棒拼接工艺，其特征在于，所述无机胶凝材料与水的混合比例为1:0.3-1:0.4。
4.根据权利要求1所述的硅棒拼接工艺，其特征在于，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙44份、硅酸二钙20份、铝酸三钙8份、铁铝酸四钙8份、氯化钙1.3份、石英粉14.2份、氯化锂0.7份、硅灰石粉0.4份、滑石粉0.6份、六偏磷酸钠1份、羟丙基甲基纤维素0.6份、硬脂酸锌0.5份、钛白粉0.1份、减水剂0.5份和糯米胶干粉0.1份。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的硅棒拼接工艺，其特征在于，所述减水剂为脂肪族减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸盐中的一种或者多种。
6.一种无机胶凝材料，应用于如权利要求1-5任一项所述硅棒拼接工艺，其特征在于，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙40-44份、硅酸二钙20-23份、铝酸三钙7-10份、铁铝酸四钙7-10份、氯化钙0.5-3份、石英粉12-16份、氯化锂0.1-1份、硅灰石粉0.1-1份、滑石粉0.1-1份、六偏磷酸钠0.5-2份、羟丙基甲基纤维素0.1-1份、硬脂酸锌0.1-1份、钛白粉0.05-0.5份、减水剂0.3-0.6份和糯米胶干粉0.05-0.5份。
7.根据权利要求6所述的无机胶凝材料，其特征在于，以100重量份为准，所述无机胶凝材料包括以下重量份原料：硅酸三钙44份、硅酸二钙20份、铝酸三钙8份、铁铝酸四钙8份、氯化钙1.3份、石英粉14.2份、氯化锂0.7份、硅灰石粉0.4份、滑石粉0.6份、六偏磷酸钠1份、羟丙基甲基纤维素0.6份、硬脂酸锌0.5份、钛白粉0.1份、减水剂0.5份和糯米胶干粉0.1份。
8.一种硅棒切割方法，其特征在于，所述切割方法包括
将至少两个硅棒采用如权利要求1-5任一项所述的硅棒拼接工艺拼接形成拼接硅棒；
对所述拼接硅棒使用金刚线进行全线网切割。
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