CN116313742A - 一种提高硅片边缘强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高硅片边缘强度的方法，包括：将硅材切割出待切片的块材；对块材的侧周面进行切片，将块材切割出硅片，切片所得硅片的侧周为原块材侧周面的一部分；且在对块材的侧周面进行切片之前，先对块材的侧周面进行化学抛光，去除块材侧周面上的机械应力损伤层。本发明能改善金刚线切片时金刚线对硅片边缘的损伤，增强切片所得硅片的边缘强度，提高切片所得硅片的良率和产能，进而提高硅片所制备电池片和组件的良率和产能。

Description

一种提高硅片边缘强度的方法
技术领域
本发明涉及硅材切片，具体涉及一种提高硅材切片所得硅片边缘强度的方法。
背景技术
太阳能单晶硅片切片生产过程，一般是将硅材（如硅棒）切割出待切片的块材（如由硅棒开方得到的方棒，或由方棒截断出的矩形硅块），并对块材的侧周面进行物理磨倒，然后采用金刚线对块材的侧周面进行切片，将块材切割出硅片（切片所得硅片的侧周为原块材侧周面的一部分）。
采用磨轮（如金刚石砂轮）对块材的侧周面进行物理磨倒，是业内的通用做法；通过物理磨倒，可以使块材侧周面的表面粗糙度小于0.5um。
虽然控制块材侧周面的表面粗糙度，可以改善金刚线切片过程中的金刚线断线率和金刚线切片产生崩边片的概率；但对块材的侧周面进行物理磨倒，会在块材的侧周面产生机械应力损伤层；且将硅材（硅棒）切割出块材需要经过硅棒开方，而硅棒开方也会在块材的侧周面留下机械应力损伤层，且硅棒开方所留下的机械应力损伤层很可能不能被物理磨倒消除；而如上所述，由于块材切片是对块材的侧周面进行切片，切片所得硅片的侧周为原块材侧周面的一部分，故切片所得硅片的侧周仍然留有硅棒开方和物理磨倒等所留下的机械应力损伤层；而硅片侧周的机械应力损伤层会很大程度地影响硅片的边缘强度。
硅片的边缘强度会影响后续硅片生产的稳定性，一般而言，硅片的边缘强度越弱，越可能产生如下问题：1）在后续对切片所得硅片的清洗测试过程中，以及后续硅片制备电池片的生产过程中，由于硅片边缘与生产设备或工装的碰撞，容易产生崩边片；2）在后续电池片串接和组件层压生产过程中，由于串接用的焊带会对电池片边缘（即硅片边缘）产生一定的挤压力，容易使电池片产生边缘隐裂（即硅片边缘隐裂），且这个问题会随着硅片厚度的降低而显著放大；特别是当硅片厚度小于150um后，硅片的边缘隐裂问题变得尤为突出。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种提高硅片边缘强度的方法，包括：
将硅材切割出待切片的块材；对块材的侧周面进行切片，将块材切割出硅片，切片所得硅片的侧周为原块材侧周面的一部分；
且在对块材的侧周面进行切片之前，先对块材的侧周面进行化学抛光，去除块材侧周面上的机械应力损伤层。
优选的，在对块材的侧周面进行化学抛光之前，先对块材的侧周面进行物理磨倒。
优选的，在对块材的侧周面进行物理磨倒之后，且在对块材的侧周面进行化学抛光之前，对块材的侧周面进行前置预清洗。
优选的，在对块材的侧周面进行化学抛光之后，且在对块材的侧周面进行切片之前，对块材的侧周面进行漂洗并烘干。
优选的，所述化学抛光为采用碱液的碱化学抛光。
优选的，所述碱液中的碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
优选的，所述碱液中碱的质量浓度为3%-10%。
优选的，所述碱化学抛光的温度为60-85℃，时间为15-40分钟（优选为20-30分钟）。
优选的，所述碱液中还加入碱性抛光添加剂，加快腐蚀速度，碱化学抛光的温度为60-85℃，时间为3-25分钟。
优选的，所述化学抛光的次数为1次、2次或多次。
优选的，采用磨轮滚磨方式对块材的侧周面进行物理磨倒。
优选的，所述物理磨倒的次数为1次、2次或多次。
优选的，通过物理磨倒，使块材侧周面的表面粗糙度小于0.8um。
优选的，通过控制化学抛光的工艺条件，实现即去除块材侧周面上的机械应力损伤层，又使块材侧周面的表面粗糙度小于1.1um。
优选的，采用双氧水与氢氧化钠或氢氧化钾的混合溶液对块材的侧周面进行前置预清洗。
优选的，所述硅材为硅棒、硅块或由硅棒开方产生的边皮。
优选的，采用金刚线对块材的侧周面进行切片。
本发明的优点和有益效果在于：
提供一种提高硅片边缘强度的方法，其能改善金刚线切片时金刚线对硅片边缘的损伤，增强切片所得硅片的边缘强度，提高切片所得硅片的良率和产能，进而提高硅片所制备电池片和组件的良率和产能。
本发明在切片之前先去除块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层，可避免切片所得硅片的侧周仍然留有硅棒开方和物理磨倒等所留下的机械应力损伤层，进而可提高切片所得硅片的边缘强度。
另外，若不在切片之前先去除块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层，则在对块材切片过程中，金刚线切片产生的应力会与块材侧周面上的机械应力损伤层产生应力叠加效应，使切片所得硅片的局部应力增加，或进一步形成硅片边缘的微缺口，严重时产生肉眼可见的硅落、崩边等问题；可见，块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层，会对金刚线切片产生不利影响，且金刚线切片会放大块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层对切片所得硅片边缘强度的影响。本发明在切片之前先去除块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层，可在对块材切片过程中，使金刚线对硅片边缘的机械损伤应力均等化，避免或减少出现前述因为应力叠加效应产生局部应力增加，或进一步形成硅片边缘的微缺口，严重时产生肉眼可见的硅落、崩边等问题；可见，本发明可以消除块材侧周面上（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层对金刚线切片产生的不利影响，进而避免金刚线切片放大块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层对切片所得硅片边缘强度的影响。还要强调的是，后续将切片所得硅片制备成电池片的生产过程中，会有制绒和背面抛光等工艺，虽然这些工艺都有化学腐蚀带来的去表面损伤层的效果，但这些工艺都是在金刚线切片之后实施，故这些工艺都不能消除块材侧周面上（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层对金刚线切片产生的不利影响，更不能避免金刚线切片放大块材侧周面上的（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的）机械应力损伤层对切片所得硅片边缘强度的影响。
本发明采用碱化学抛光来去除块材侧周面的机械应力损伤层，是基于碱与（硅）块材侧周面反应的两个特性；1）碱在高浓度高温状态下对（硅）块材侧周面的各向同性腐蚀特性，该特性可以让（硅）块材侧周面各个晶向的腐蚀速度相对一致，在（硅）块材侧周面形成表面抛光的效果；2）碱在（硅）块材侧周面缺陷处（机械应力损伤处）优先腐蚀的特性，该特性可以使（硅）块材侧周面有缺陷的区域的腐蚀深度更大一些，进而消除缺陷（机械应力损伤）。
本发明在对块材进行物理磨倒使块材侧周面的表面粗糙度达到一定程度（如小于0.8um）之后，采用碱化学抛光来去除块材侧周面的机械应力损伤层；但碱化学抛光会一定程度地增加块材侧周面的表面粗糙度，而块材侧周面的表面粗糙度又会影响到金刚线切片时的水平台阶高度，进而会影响到切片的效率和良品率；故本发明通过控制化学抛光的工艺条件，实现即去除块材侧周面机械应力损伤层，又将化学抛光对块材侧周面表面粗糙度的影响控制到一定程度（化学抛光使块材侧周面表面粗糙度增加不超过0.3um），最终可使化学抛光后块材侧周面的表面粗糙度小于1.1um；这样可以兼顾块材侧周面的表面粗糙度对金刚线切片的影响，在确保块材侧周面表面粗糙度可控的情况下，提高切片所得硅片的边缘强度，并最大程度地保证切片所得硅片的良率和产能。
本发明在对块材的侧周面进行物理磨倒之后，采用双氧水与氢氧化钠或氢氧化钾的混合溶液对块材的侧周面进行前置预清洗，可以提高后续碱化学抛光的良品率。
本发明适用于太阳能单晶硅片的切片生产，尤其适用于厚度小于150um的硅片的切片生产。
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。
本发明提供一种提高硅片边缘强度的方法，包括：
将硅材（如硅棒）切割出待切片的块材（如由硅棒开方得到的方棒，或由方棒截断出的矩形硅块）；更具体的，硅材可以为硅棒、硅块或由硅棒开方产生的边皮；
采用磨轮滚磨方式对块材的侧周面进行1次、2次或多次物理磨倒，使块材侧周面的表面粗糙度小于0.8um；优选的，物理磨倒可以采用粗磨加精磨的方式，使块材侧周面的表面粗糙度小于0.3um；
在对块材的侧周面进行物理磨倒之后，采用双氧水与氢氧化钠或氢氧化钾的混合溶液对块材的侧周面进行前置预清洗；
在对块材的侧周面进行前置预清洗之后，采用碱液对块材的侧周面进行1次、2次或多次碱化学抛光，去除块材侧周面上的机械应力损伤层（由硅棒开方和物理磨倒等所留下的机械应力损伤层）；优选的，通过控制化学抛光的工艺条件，实现即去除块材侧周面上的机械应力损伤层，又使块材侧周面的表面粗糙度小于1.1um；具体的，所述碱液中碱的质量浓度为3%-10%，碱液中的碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述碱化学抛光的温度为60-85℃，时间为15-40分钟（优选为20-30分钟）；
在对块材的侧周面进行化学抛光之后，对块材的侧周面进行漂洗并烘干；
在对块材的侧周面进行漂洗并烘干之后，采用金刚线对块材的侧周面进行切片，将块材切割出硅片，且切片所得硅片的侧周为原块材侧周面的一部分。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
1）将单晶硅棒或边皮通过截断和开方加工成待磨倒的硅棒或硅块；
2）用磨倒机使用金刚石砂轮对硅块边缘进行磨倒加工，将粗糙度加工到0.8um以下；
3）用5%氢氧化钠溶液在75℃条件下腐蚀20分钟；
4）用5%的HF和HCL的混合溶液漂洗2-3分钟；
5）DI水漂洗后烘干待用，准备进入后续的粘棒工序；
6）陆续完成粘棒、切片、脱胶、清洗和测试，完成硅片的生产。
实施例2
在实施例1的基础上，区别在于：
步骤3）中，氢氧化钠溶液中还加入碱性抛光添加剂，加快腐蚀速度，腐蚀时间为10分钟。
实施例3
1）将单晶硅棒或边皮通过截断和开方加工成待磨倒的硅块；
2）用磨倒机使用磨轮对硅块边缘进行粗磨磨倒加工，将粗糙度加工到1um以下；
3）用磨倒机使用磨轮对硅块边缘进行精磨二次磨倒加工，将粗糙度加工到0.3um以下；
4）用0.3%氢氧化钠溶液和1.5%双氧水的混合溶液对硅块表面预清洗3-4分钟；
5）用3%氢氧化钠溶液在75℃条件下腐蚀20分钟，完成第一次碱化学抛光；
6）用3%氢氧化钾溶液在75℃条件下腐蚀10分钟，完成第二次碱化学抛光；
7）用4%的HCL的混合溶液漂洗3-4分钟；
8）DI水漂洗后烘干待用，准备进入后续的粘棒工序；
9）陆续完成粘棒、切片、脱胶、清洗和测试，完成硅片的生产。
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 (17)

1.一种提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，包括：
将硅材切割出待切片的块材；对块材的侧周面进行切片，将块材切割出硅片，切片所得硅片的侧周为原块材侧周面的一部分；
且在对块材的侧周面进行切片之前，先对块材的侧周面进行化学抛光，去除块材侧周面上的机械应力损伤层。
2.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，在对块材的侧周面进行化学抛光之前，先对块材的侧周面进行物理磨倒。
3.根据权利要求2所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，在对块材的侧周面进行物理磨倒之后，且在对块材的侧周面进行化学抛光之前，对块材的侧周面进行前置预清洗。
4.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，在对块材的侧周面进行化学抛光之后，且在对块材的侧周面进行切片之前，对块材的侧周面进行漂洗并烘干。
5.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述化学抛光为采用碱液的碱化学抛光。
6.根据权利要求5所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述碱液中的碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
7.根据权利要求6所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述碱液中碱的质量浓度为3%-10%。
8.根据权利要求7所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述碱化学抛光的温度为60-85℃，时间为15-40分钟。
9.根据权利要求7所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述碱液中还加入碱性抛光添加剂，加快腐蚀速度，碱化学抛光的温度为60-85℃，时间为3-25分钟。
10.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述化学抛光的次数为1次、2次或多次。
11.根据权利要求2所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，采用磨轮滚磨方式对块材的侧周面进行物理磨倒。
12.根据权利要求2所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述物理磨倒的次数为1次、2次或多次。
13.根据权利要求2所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，通过物理磨倒，使块材侧周面的表面粗糙度小于0.8um。
14.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，通过控制化学抛光的工艺条件，实现即去除块材侧周面上的机械应力损伤层，又使块材侧周面的表面粗糙度小于1.1um。
15.根据权利要求3所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，采用双氧水与氢氧化钠或氢氧化钾的混合溶液对块材的侧周面进行前置预清洗。
16.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，所述硅材为硅棒、硅块或由硅棒开方产生的边皮。
17.根据权利要求1所述的提高硅片边缘强度的方法，其特征在于，采用金刚线对块材的侧周面进行切片。
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