CN114290550A - 一种硅片制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片制备方法，取一端面晶向为目标晶向±3°的硅材，采用细丝对该硅材的一侧面进行切割，将硅材切割出硅片；以所述端面为基准面，以所述侧面为切割面，切割面与基准面垂直；每次切割包括如下步骤：在切割面开槽，以所述槽为基准槽，基准槽与基准面平行；将细丝绷直并嵌入基准槽，细丝平行于基准面，通过细丝对基准槽施加一定的压力，使硅材在基准槽处自然解理断开。本发明可通过热应力和细丝压力的双重作用使硅材自然解理断裂来完成切割，可在硅材近乎无损耗的情况下切割出硅片，进而提高了硅片出片率，降低了单个硅片的硅料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅片制备方法。
背景技术
在光伏用单晶硅片加工过程中，硅片是通过切割单晶硅棒而获得的。目前，硅片的切割是通过多线切割来完成，属于磨削或刨削切割，在切割过程中被切割的硅块部分将被切成硅粉，产生硅料的损耗。硅料损耗在硅片成本中占有较大的比重，以目前量产中典型的40～50um直径金刚线切割180um硅片为例，每切3片硅片，约有1片硅片的硅料损耗，损耗的比例约为25%以上。随着硅片的厚度逐渐变薄，其损耗比例将进一步增加。另外，切割过程中除了磨损产生的硅料损耗外，还将伴有大量的切割废水、粉尘、噪声等非环保因素产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅片制备方法，取一端面晶向为目标晶向±3°的硅材，采用细丝对该硅材的一侧面进行切割，将硅材切割出硅片；以所述端面为基准面，以所述侧面为切割面，切割面与基准面垂直；
每次切割包括如下步骤：在切割面开槽，以所述槽为基准槽，基准槽与基准面平行；将细丝绷直并嵌入基准槽，细丝平行于基准面，通过细丝对基准槽的槽体底部施加一定的压力，使硅材在基准槽处自然解理断开。
优选的，在细丝对基准槽施加压力之前，采用激光对基准槽的槽体底部进行瞬间加热并施加快速冷却，使基准槽的槽体底部形成大的热应力；且通过热应力和细丝压力的双重作用，使硅材在基准槽处自然解理断开。
优选的，所述目标晶向为<100>、<110>或<111>。
优选的，通过调整先后两次切割的开槽间距来控制切割出的硅片厚度。
优选的，采用机械磨削、电火花切割、激光切割、化学腐蚀、气相刻蚀或等离子体刻蚀工艺在切割面开槽。
优选的，所述基准槽为通槽；或者，所述基准槽为两段，且该两段基准槽分设在切割面的两条相对的边线处。
优选的，所述基准槽为V型槽或U型槽。
优选的，所述基准槽的槽体底部为尖角或R角。
优选的，所述基准槽的开槽深度为0.1～10mm。
更优选的，所述基准槽的开槽深度为0.1～1.5mm。
优选的，所述V型槽的槽型角度为5°～50°。
优选的，所述细丝的直径为30～100μm。
优选的，所述细丝为钢丝、碳纤维丝、合金细丝或高强细丝状有机材料。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种硅片制备方法，其通过热应力和细丝压力的双重作用使硅材自然解理断裂来完成切割，可在硅材近乎无损耗的情况下切割出硅片，进而提高了硅片出片率，降低了单个硅片的硅料成本。
本发明通过裂解硅原子面来形成硅片，可以完成（111）、（110）、（100）等晶面方向硅片的无损切割。<111>、<110>、<100>等晶向是硅晶体应用中最重要的几个晶体方向，这几个晶向的晶面面间距分别为2.35Å、1.92Å、1.36Å，晶面的面间距越大，面间结合力越小，则从该面断裂原子键越容易，故断裂（111）面间“硅-硅”键所需要的能量最低，（110）次之，而（100）最高。本发明通过断裂硅晶面间的“硅-硅”键，以分别形成具有（111）、（110）、（100）等晶面方向的硅片；这种通过断裂“硅-硅”键形成的硅片，其表面光亮平整，且断裂过程几乎没有硅损耗，可实现无损切割。
采用本发明的方法制备硅片，单位重量硅材（如硅棒、硅块等）的出片数可提升30%以上，硅片的单片成本可大幅降低，单片硅片的平均碳足迹可大幅降低，可大大降低硅片切割过程中的环境污染因素。本发明可解决目前硅片切割过程中的硅损大、噪声大、粉尘多、废水多等问题，可实现硅片的低成本绿色加工。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案如下：
本发明提供一种硅片制备方法，取一端面晶向为目标晶向±3°的硅材（如长方体状硅棒、长方体状硅块等），采用细丝对该硅材的一侧面进行切割，将硅材切割出硅片；以所述端面为基准面，以所述侧面为切割面，切割面与基准面垂直；
每次切割包括如下步骤：
1）在切割面开槽，以所述槽为基准槽，基准槽与基准面平行；
2）将细丝绷直并嵌入基准槽，细丝平行于基准面，通过细丝对基准槽的槽体底部施加一定的压力（垂直于基准面施加压力）；且在细丝对基准槽施加压力之前，采用激光对基准槽的槽体底部进行瞬间加热并施加快速冷却，使基准槽的槽体底部形成大的热应力；通过热应力和细丝压力的双重作用，使硅材在基准槽处自然解理断开（硅材可沿着基准槽槽体底部开裂，并自然延展形成平整光亮的断裂面）。
具体的：
所述目标晶向可以是<100>、<110>或<111>，还可以是其他晶向，在此就不一一列举；
可以采用机械磨削、电火花切割、激光切割、化学腐蚀、气相刻蚀或等离子体刻蚀等工艺在切割面开槽；
所述基准槽为通槽；或者，所述基准槽为两段，且该两段基准槽分设在切割面的两条相对的边线处；
所述基准槽为V型槽，V型槽的槽体底部为尖角或R角，V型槽的开槽深度为0.1～1.5mm，V型槽的槽型角度为5°～50°；此处需要说明的是，基准槽还可以是U型槽；
所述细丝为钢丝、碳纤维丝、合金细丝或高强细丝状有机材料，细丝的直径为30～100μm。
硅材可以是长方体状硅棒、长方体状硅块等，硅材的基准面可以是硅材长度方向一端的端面，沿硅材长度方向对硅材进行多次切割（单次切割完成后，沿硅材长度方向间隔一定距离进行下次开槽），可以通过调整先后两次切割的开槽间距来控制切割出的硅片厚度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种硅片制备方法，其特征在于，取一端面晶向为目标晶向±3°的硅材，采用细丝对该硅材的一侧面进行切割，将硅材切割出硅片；以所述端面为基准面，以所述侧面为切割面，切割面与基准面垂直；
每次切割包括如下步骤：在切割面开槽，以所述槽为基准槽，基准槽与基准面平行；将细丝绷直并嵌入基准槽，细丝平行于基准面，通过细丝对基准槽施加一定的压力，使硅材在基准槽处自然解理断开。
2.根据权利要求1所述的硅片制备方法，其特征在于，在细丝对基准槽施加压力之前，采用激光对基准槽进行瞬间加热并施加快速冷却，使基准槽形成热应力；且通过热应力和细丝压力的双重作用，使硅材在基准槽处自然解理断开。
3.根据权利要求1或2所述的硅片制备方法，其特征在于，所述目标晶向为<100>、<110>或<111>。
4.根据权利要求1所述的硅片制备方法，其特征在于，通过调整先后两次切割的开槽间距来控制切割出的硅片厚度。
5.根据权利要求1所述的硅片制备方法，其特征在于，采用机械磨削、电火花切割、激光切割、化学腐蚀、气相刻蚀或等离子体刻蚀工艺在切割面开槽。
6.根据权利要求1所述的硅片制备方法，其特征在于，所述基准槽为通槽；或者，所述基准槽为两段，且该两段基准槽分设在切割面的两条相对的边线处。
7.根据权利要求6所述的硅片制备方法，其特征在于，所述基准槽为V型槽或U型槽。
8.根据权利要求7所述的硅片制备方法，其特征在于，所述基准槽的槽体底部为尖角或R角。
9.根据权利要求8所述的硅片制备方法，其特征在于，所述基准槽的开槽深度为0.1～10mm。
10.根据权利要求9所述的硅片制备方法，其特征在于，所述V型槽的槽型角度为5°～50°。
11.根据权利要求10所述的硅片制备方法，其特征在于，所述细丝的直径为30～100μm。
12.根据权利要求1所述的硅片制备方法，其特征在于，所述细丝为钢丝、碳纤维丝、合金细丝或高强细丝状有机材料。
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