CN201338344Y - 多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，藉由切割装置沿着晶体的晶粒成长方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面，降低太阳能晶片表面与(或)光电转换接面区域的单位面积晶粒数量；亦即减少晶粒与晶粒的晶界所形成的位能障壁与电阻，且晶界会因内部多余的杂质，降低其周遭基材的光电转换效率与电子迁移能力，因此减少晶界可以增加光电转换效率。

Description

多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置

技术领域

本实用新型有关太阳能晶片的切割装置，主要针对多晶硅晶体太阳能晶片的切割装置加以改良，以降低太阳能晶片表面与(或)光电转换接面区域的单位面积晶粒数量，进而增加光电转换效率。

背景技术

太阳能光电池属半导体的一种，故又称为太阳能晶片，硅(silicon)为目前通用的太阳能电池的原料代表，其发电原理为将太阳光能转换成电能。太阳能光电基板(Solar PV Cell)的晶片材质有很多种，大致上可分为单晶硅(Monocrystalline Silicon)、多晶硅(Polycrystalline/Multicrystalline Silicon)、非晶硅(Amorphous Silicon)，以及其它非硅材料，其中以单晶硅及多晶硅两类最为常见；而，单晶硅的组成原子均按照一定的规则，产品转换效率较高，但相对的制造成本也较为昂贵，虽然早期市场的产品仍以单晶硅为主，但由于单晶硅的生产成本较高，加上近年来多晶硅的技术进展很快，使得多晶硅的转换效率大幅的提高，在低成本的优势下，多晶硅已有取代单晶硅产品的趋势。

而制造太阳能晶片原料的多晶硅晶体的制造程序，于坩锅内将长晶的液相原料放入，坩锅底层会形成无数晶种C1，而该晶种C1以单向凝固向上成长而形成一完整多晶硅晶体10如图1及图2所示，然后进行多晶硅晶体10切割、研磨、抛光和切片成为既定尺寸的晶片底材，以供制作成太阳能晶片。

在既有的太阳能晶片制造技术当中，整个晶片底材的切割加工流程如图2至图4所示，先将整个多晶硅晶体10依照其所需的尺寸大小等分成N等份，如图所示先切割分为16等份的晶体11，再顺着径向即与晶体11的垂直方向所切割成为既定厚度的晶片底材12；由于多晶硅晶体10属于多晶构造，晶粒A与晶粒A间存在晶界B，因此顺着多晶硅晶体10径向所切割而得晶片底材12，其切割方向因为与晶种的长晶方向垂直，而该晶片底材12的晶界B布满于晶片及其表面(如图4所示)，故采用习有切割方法所完成的晶片底材将占有相当高的晶粒A及晶界B数量。

晶片若形成多晶的微结构时，在晶粒间会因“晶界”造成的晶体结构不完整，而产生位能障壁(Potential Barrier)；随着电子在晶粒间传输产生阻力增高，阻力愈大，微结构的导电性愈低，当能障高到一定值时，电子只能聚积在晶界上而无法通过，且晶界会降低其周遭基材的光电转换效率与电子迁移能力，当应用于电子产品时，其电流通过量较小，而降低光电转换效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型即针对多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置加以改良，藉由切割方法的改变，以降低生产单位面积的晶粒数量，得以克服一般太阳能晶片所无法达成的效果。

本实用新型的技术方案为：一种多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，其至少包含有：晶体固定装置，该晶体固定装置上固定有至少一晶体；晶体，该晶体固定于该晶体固定装置上，该晶体具有复数晶粒，各晶粒具有一相同的成长方向；切割装置，该切割装置设于该晶体固定装置一侧，且该切割装置并沿着晶体的晶粒成长方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面。

其中，晶体预设切割成N等份晶片底材。

一种多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，其至少包含有：晶体固定装置，该晶体固定装置上固定有至少一晶体；晶体，该晶体固定于该晶体固定装置上，该晶体具有复数晶粒，各晶粒具有相同方向的长轴及短轴；切割装置，该切割装置设于该晶体固定装置一侧，且该切割装置并沿着晶体的晶粒长轴方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面。

其中，晶体预设切割成N等份晶片底材。

本实用新型的切割装置沿着晶体的晶粒成长方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面，降低太阳能晶片表面与(或)光电转换接面区域的单位面积晶粒数量；亦即减少晶粒与晶粒的晶界所形成的位能障壁与电阻，且晶界会因内部多余的杂质，降低其周遭基材的光电转换效率与电子迁移能力，因此减少晶界可以增加光电转换效率。

附图说明

图1为一般形成多晶硅晶体的结构示意图；

图2为一般多晶硅晶体切割成晶体块的切割方式图；

图3为习知晶体块切割成晶体片的切割方式图；

图4为习知晶体片中晶粒与晶界的结构示意图；

图5A为本实用新型中晶体片中晶粒的结构示意图；

图5B为本实用新型中晶体块切割成条块的切割方式图；

图6为本实用新型晶体片中晶粒与晶界的结构示意图；

图7为本实用新型中多晶硅晶体切割成晶体块的另一切割方式图；

图8为本实用新型中晶体块切割成条块的另一切割方式图。

【图号说明】

A晶粒            B晶界

C1晶种           10多晶硅晶体

11晶体           111晶粒

12晶片底材       12′晶片底材

21晶体固定装置   22切割装置

具体实施方式

为能使贵审查员清楚本实用新型的主要技术内容，以及实施方式，兹配合图式说明如下：

本实用新型多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，主要为解决既有太阳能晶片切割方法所完成的晶片底材与表面上占有相当高的晶粒及晶粒间的晶界数量，导致电子无法通过晶界而堆积在晶界两侧，因而降低基材的光电转换率与电子迁移能力的课题。

而制造多晶太阳能晶片的材料众多本实施例以多晶硅材料为主，而所制成的多晶硅晶体该特性是在于晶体11布满了复数个晶粒111如图5A所示，晶粒111沿着成长方向形成一长轴一短轴，故各晶粒111具有一相同的成长方向X，以及相同方向的长轴Y及短轴Z，且晶粒与晶粒间所形成的晶界，然后进行多晶硅晶体10切割、研磨、抛光和切片成为既定尺寸的晶片底材，以供制作成太阳能晶片。

本实用新型针对多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的方法的突破而创造多晶太阳能晶片更高的使用价值，其主要沿着晶体的晶粒成长方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面，降低太阳能晶片表面与(或)光电转换接面区域的单位面积晶粒数量，以本实用新型的切割方式可得到较佳的晶片底材。亦即减少晶粒与晶粒的晶界所形成的位能障壁与电阻，且晶界会因内部多余的杂质，降低其周遭基材的光电转换效率与电子迁移能力，因此减少晶界可以增加光电转换效率。

至于，整个晶片底材的切割形成太阳能晶片的装置，如图5B所示，其至少包含有：

晶体固定装置21，该晶体固定装置21上固定有至少一晶体11；

晶体11，该晶体11固定于该晶体固定装置21上，该晶体11具有复数晶粒111，各晶粒111具有一相同的成长方向X；

切割装置22，该切割装置22设于该晶体固定装置21一侧，且该切割装置22并沿着晶体的晶粒成长方向X进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面。

而该切割装置21进行切割的顺序如下：

a.将晶体11预设切割的晶片底材12′大小(图中虚线为切割线)，如图5B所示；

b.沿着晶粒成长方向进行切割成所需的晶片底材12′大小，本实施例切成四片晶片底材；

c.完成太阳能晶片，如图6所示。

而晶粒沿着成长方向形成一长轴一短轴，故实施中的另一切割顺序如下：

a.将晶体11预设切割的晶片底材12′大小；

b.沿着晶粒长轴方向进行切割成所需的晶片底材；

c.完成太阳能晶片，如图6所示。

如此创新的切割装置以能大量降低晶界的数量，如图4所示为一般传统的切割晶片底材的剖视图，而图6所示应用本实用新型的切割装置所形成的晶片底材，两者相较，应用本实用新型的切割装置所形成的晶片底材其单位面积内的晶粒A及晶界B较少，故已大幅减少生产单位面积的晶界数量，使后续切割完成晶片底材内部的晶界比例明显降低。

另外，该多晶硅晶体10亦可如图7所示，先切割分为8等份表面略成矩形的晶体11，同样沿着晶粒成长方向将晶体11切割成为若干既定尺寸12′的晶片底材，如图8所示，以供制作成太阳能晶片，其切割完成晶片底材内部的晶界数量同样可明显降低；当然，该多晶硅晶体于坩锅内成型时亦可直接形成晶体的大小形状，再将该晶体块直接切割成晶片底材，以完成太阳能晶片。

对比二者取近同生产单位面积即可明显发现，应用本实用新型的切割方式所形成的晶片底材其单位面积内的晶界B较少，故已大幅减少整个板面的晶界数量，使后续切割完成晶片底材内部的晶粒数量明显降低。

由于，晶界所产生的位能障壁高低形成的特性不同，对电子受电场驱动容易通过的能障，整体微结构表现出电阻性。晶界中的离子浓度增加，产生足够高的能障，使电子需具有相当能量以上才能通过。晶界的能障与能带，扩散进入晶界的离子浓度高时有高的能障，甚至会因的形成二次相析出，使得电子无法通过晶界而堆积在晶界两侧，当应用于电子产品时，其电流通过量较小，且晶界会降低其周遭基材的光电转换效率与电子迁移能力。

故本实用新型所切割而成的晶片底材，其内部的晶界数量已明显降低，减少因为晶界所形成的位能障壁，亦可因减少晶界而增加发电功率。

如上所述，本实用新型提供多晶硅晶体一较佳可行的切割加工方法，能够减少切割完成的晶片底材的晶界比例，有效降低晶片底材的电容特性，于是依法提呈新型专利的申请；然而，以上的实施说明及图式所示，是是本实用新型较佳实施例，并非以此局限本实用新型，是以，举凡与本实用新型的构造、装置、特征等近似、雷同者，均应属本实用新型的创设目的及申请专利范围之内。

Claims (4)

1、一种多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，其特征在于，其至少包含有：

晶体固定装置，该晶体固定装置上固定有至少一晶体；

晶体，该晶体固定于该晶体固定装置上，该晶体具有复数晶粒，各晶粒具有一相同的成长方向；

切割装置，该切割装置设于该晶体固定装置一侧，且该切割装置并沿着晶体的晶粒成长方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面。

2、如权利要求1所述多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，其特征在于，晶体预设切割成N等份晶片底材。

3、一种多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，其特征在于，其至少包含有：

晶体固定装置，该晶体固定装置上固定有至少一晶体；

晶体，该晶体固定于该晶体固定装置上，该晶体具有复数晶粒，各晶粒具有相同方向的长轴及短轴；

切割装置，该切割装置设于该晶体固定装置一侧，且该切割装置并沿着晶体的晶粒长轴方向进行切割制作成太阳能晶片，使较大的晶粒呈现在太阳能晶片表面。

4、如权利要求3所述多晶硅晶体切割形成太阳能晶片的装置，其特征在于，晶体预设切割成N等份晶片底材。

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