CN220261535U - 一种硅棒、硅片、太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种硅棒，包括n组对位设置的平面，在至少一组对位设置的平面上配设有沟槽，所述沟槽沿硅棒长度方向构置；其中，n为整数且不小于2。本申请一种硅棒，在硅棒的平面上设有沟槽，便于获得非常规尺寸形状的硅棒；该结构的硅棒可先获得具有预置切入口的常规大尺寸硅片后，再沿预置的切入口将常规大尺寸分割成若干小尺寸硅片，不仅便于加工非常规尺寸硅棒的入刀切割定位，而且还便于在后续加工倒角避免边角易损裂的问题，切割效率高且质量好。本申请还提出一种采用该结构的硅棒所加工的硅片、以及采用该硅片加工的太阳能电池。

Description

一种硅棒、硅片、太阳能电池

技术领域

本申请属于硅片加工设备技术领域，尤其是涉及一种硅棒、采用该硅棒加工而成的硅片、以及采用该硅片制成的电池。

背景技术

现有常规硅片默认的是正方形硅片，主流尺寸为160mm、180mm、200mm和210mm，是通过相应尺寸的方晶棒加工而成。现有硅片结构中，较于常规型的硅片结构，长方形硅片或长条形硅片(后续简称为长硅片)或尺寸小于60mm的正方形硅片(后续简称为小方片)等为非常规尺寸的硅片结构。

随着太阳能电池的发展，非常规尺寸结构硅片因其尺寸小、转化效率高而备受青睐。加工非常规尺寸硅片的现有技术中，通常是将常规尺寸的硅片进行单线激光切割或多线并行切割以获得若干长硅片、双线交叉激光切割获得小方片。但在激光切割时，不易对硅片的入刀位置进行定位，容易找偏。若在硅片切割时在每个硅片的侧边上进行对中找点，则需要人工或机器进行计算对中，使得分片时间延长，分片效率低；而且由于在硅片侧边处有存在应力分布，在激光切割入刀时，极易产生裂纹，导致硅片切割损裂严重，影响分片质量。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种硅棒、采用该硅棒加工而成的硅片、以及采用该硅片制成的电池，尤其是适用于可获得非常规尺寸结构的长硅片或小方片的硅棒，解决了现有技术中分片效率低、分片质量低的技术问题。

为解决至少一个上述技术问题，本申请采用的技术方案是：

一种硅棒，包括n组对位设置的平面，在至少一组对位设置的平面上配设有沟槽，所述沟槽沿硅棒长度方向构置；其中，n为整数且不小于2。

进一步的，所述沟槽所在平面的晶面指数为(100)。

进一步的，所述沟槽横截面的侧边与硅棒中的晶向指数为<100>的边交叉且非垂直设置。

进一步的，所述沟槽的横截面被构造为V型结构，其大端开口方向均朝外配置在平面上。

进一步的，所述沟槽的横截面的顶角夹角范围为60-120°。

进一步的，所述沟槽的横截面的顶角夹角为90°。

进一步的，所述沟槽的横截面的顶角垂直指向其对位边。

进一步的，在每个构置有所述沟槽的平面上设有至少一条所述沟槽。

进一步的，置于对位平面上的所有所述沟槽均相对于该对位平面之间的中线对称设置。

进一步的，所有所述沟槽均被构置为并行于硅棒轴线。

进一步的，所有所述沟槽均贯穿于硅棒的长度配置。

进一步的，每个所述沟槽横截面的最大宽度尺寸是所述硅棒对位面宽度的1.19-1.38％。

进一步的，每个所述沟槽横截面的槽深是所述硅棒对位面宽度的0.59-0.69％。

进一步的，n为2、3或4。

一种硅片，采用如上所述的硅棒加工。

一种太阳能电池，采用如上所述的硅片加工。

根据本申请提供的硅棒，沿沟槽切割可获得非常规尺寸形状的硅棒，经切片处理后即可获得若干非常规的小尺寸硅片；

本申请提供的硅棒亦可先切片获得具有预置切入口的常规大尺寸硅片后，再沿预置的切入口将常规大尺寸硅片分割成若干小尺寸硅片。在硅片的分切过程中，沟槽形成的预置切入口更便于加工非常规尺寸硅片的切割定位，有效降低硅片分片加工碎裂、崩损或开裂等现象的出现几率，以提高非常规小尺寸硅片的分片效率及分片质量。本申请还提出一种采用该结构的硅棒所加工的硅片、以及采用该硅片加工的太阳能电池。

附图说明

图1是一实施例中设有沟槽的四边形硅棒的立体图；

图2是一实施例中硅棒沟槽的放大图；

图3是另一实施例中硅棒沟槽的放大图；

图4是采用图1中四边形硅棒进行加工获得对折长硅片结构的示意图；

图5是采用图1中四边形硅棒进行加工获得若干个长硅片结构的示意图；

图6是采用图1中四边形硅棒进行加工获得小方型硅片结构的示意图；

图7是另一实施例中设有沟槽的六边形硅棒的立体图；

图8是采用图7中六边形硅棒进行加工获得若干个长硅片结构的示意图；

图9是另一实施例中设有沟槽的八边形硅棒的立体图；

图10是采用图9中八边形硅棒加工硅片的示意图；

图11是采用图9中八边形硅棒加工另一种硅片的示意图。

图中：

10、硅棒 20、沟槽 30、硅片

40、预设倒角 50、正方形 60、正多边形

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细说明。

现有技术中，利用常规尺寸的硅片加工非常规尺寸的硅片(长硅片、小方片等)时，不易对硅片的入刀位置进行定位，人工或机器计算对中导致分片效率低下，硅片侧边处的应力分布，在切割入刀时极易产生裂纹，导致硅片切割损裂严重。

另外，现有技术在加工获得非常规尺寸的硅片后，为便于运输、减少碎片率，还需要对硅片的多个顶角进行倒角加工，倒角加工的过程亦存在硅片崩损、碎片的风险，需要加工的倒角越多，硅片面临的碎裂风险越大。

根据本申请的实施例，提出一种硅棒10，如图1、图7和图9所示，包括n组对位设置的平面，其中，n为整数且不小于2；在硅棒10的任一组对位设置的平面上设有沿其长度方向设置的沟槽20，对位设置的两平面上的沟槽20相背设置。且每个沟槽20的大端开口方向均朝外配置在平面上，每个设有沟槽20的平面上设有至少一条沟槽20，且沟槽20的横截面顶角垂直指向其其对位边。

任一组对位平面上的所有沟槽20均相对于该对位平面之间的中线对称设置，也就是，在任一组对位平面上的所有沟槽20都上下一一对应设置。沟槽20的设置不仅便于硅片30的分片切割，而且在分片切割时还省略了对硅片30倒角的加工；沟槽20的设置还可保证分切时不易碎裂；亦省略了对非常规尺寸硅棒10的倒角的加工步骤。

也就是，硅棒10可以为四边形硅棒10、六边形硅棒10或八边形硅棒10，在其任一组对位设置的平面上设有对称设置的沟槽20，且对称设置的沟槽20均相背设置。

本实施例中，将硅棒10沿沟槽20切割可获得非常规尺寸形状的硅棒，经切片处理后即可获得若干非常规的小尺寸硅片；亦可先将硅棒10切片获得具有预置切入口的常规大尺寸硅片后，再沿预置的切入口将常规大尺寸硅片分割成若干小尺寸硅片。在硅片的分切过程中，沟槽20形成的预置切入口更便于加工非常规尺寸硅片的切割定位，有效降低硅片分片加工碎裂、崩损或开裂等现象的出现几率，以提高非常规小尺寸硅片的分片效率及分片质量。

应该理解的是，本实施例中沟槽20的横截面的顶角垂直指向对位边，可以在分片过程中充分利用硅片30的面积，但并不意味着限制顶角的指向，根据实际的生产需要，本领域技术人员可以对其进行适应性调整。

进一步的，本申请中的硅棒10的母棒均是采用直拉法生长晶向指数为<100>的原料棒而获得的具有四条棱线的圆棒，圆棒体柱面上的四条对称分布的棱线即为生长线。在圆棒的端面上连接棱线点围成的四边形为正方形50，进而沿圆棒的长度方向，在圆棒中相邻两条棱线所在的平面即为晶面指数为(100)的面，也就是开方后的晶棒10中的四个侧平面，即为四条棱线互连而形成的晶面指数为(100)的平面。相应地，四条棱线在端面上所围成的正方形50的四个边即为晶向指数为<100>的边，也就是硅棒10的端面的四条边的晶向均为<100>，如图4所示，硅片30的结构即为正方形50。

本实施例中，硅单晶立方体在(100)晶面上的质量一致性较好，比较稳定，沟槽20被构置在硅棒10中晶面指数为(100)的对位平面上，也就是优先选择在该平面上进行沟槽20的加工，不仅可减小加工沟槽20时对硅棒10本身造成的裂纹风险，而且在后续硅片分片切割时也避开易碎位置，最大限度地降低了在质量不稳定的晶面上进行加工而造成裂纹的几率，提高硅片成品率，还可有效减小硅片切割时开裂的风险。

对于多边形的硅棒10都是正多边形结构，在母棒圆棒的端面上，划出正多边形60的结构，并使正多边形60与正方形50同圆心设置，且均外接于同一个圆。则，正多边形60中至少有一组对位边平行于圆棒端面上四条棱线围成的正方形50的对位边。由于正方形50的四条边均为<100>晶向，则正多边形60中与正方形50的四条边平行的边也为<100>晶向边，也就是正多边形60中至少有一组对位边的晶向为<100>。相应地，对于正多边形的硅棒10，其与四边形晶棒10的四个任一对位平面平行的对位面即为(100)晶面。

从而可知，对于六边形硅棒10，如图7-8所示，正多边形60即为六边形结构的硅片30，如图中所示的细实线；圆形的圆棒端面为图中所示的双点划线；正方形50为图中所示的粗虚线；沟槽20的连接线为图中所示的细虚线，其它附图中的标示相同。六边形硅棒10的端面中只有一组对位边与正方形50平行，也就是其只有一组对位边的晶向为<100>；相应地，其平面只有一组对位平面与晶面(100)平行。优选地，沟槽20就位于该晶面(100)的平面上，不仅可减小加工时对平面造成的开裂，而且还可提高加工沟槽20带来的硅片30的成品率。

对于八边形硅棒10，如图9-11所示，正多边形60即为正八边形结构的硅片30；其端面有两组对位边与正方形50的边平行，即有两组对位边的晶向为<100>；相应地，其平面中有两组对位平面为(100)晶面。故在八边形硅棒10中，沟槽20优选设置在这两组对位设置的晶面指数为(100)的平面上。

在硅棒10的平面上设有沟槽20，尤其是在晶面指数为(100)的对位平面上设置切割沟槽20，并使所有沟槽20的侧边都与晶向指数为<100>的边交叉且非垂直设置，不仅可减小切割沟槽20时对硅棒10本身造成的裂纹风险，而且在后续硅片30分片切割时也避开易碎位置，最大限度地降低了在质量不稳定的晶面上进行加工而造成裂纹的几率，提高硅片30成品率，还可有效减小硅片30切割时开裂的风险。

如图4-6所示的四边形硅棒10，在其横截面为正方形的硅棒10中的其中一组对位设置的平面上或在四个平面上都设有沿其长度方向设置的沟槽20，且每个平面上的沟槽20是被构置在该平面的中轴线上，在一优选实施例中，沿单组沟槽20对大尺寸硅棒10进行切割，以获得横截面为长方形的小尺寸硅棒10；或者，沿两组沟槽20对大尺寸硅棒10进行交叉切割，获得多组横截面为正方形的小尺寸硅棒10，再分别对小尺寸硅棒10进行多线切割，以获得小尺寸结构的硅片。

在四边形的硅棒10中的其中一组对位平面上设有若干组对称设置的沟槽20，所有沟槽20分布在平面上的任一位置处，并沿其宽度间隔设置，可均匀设置，亦可基于实际情况非均布设置，但必须保证相对设置的平面中的沟槽20是一一对应的位置。连接对位设置的沟槽20的中线，可将硅棒10的端面分割成若干个长条形结构的长硅片。当然，亦可在硅棒10的另一组对位设置的平面上设置沟槽20，进而将若干个长条形的长硅片分割成若干个小硅片。

本实施例中，在硅棒10的平面上设有沟槽20，沿沟槽20切割获得非常规尺寸形状的硅棒10，经多线切割处理后即可获得若干个非常规的小尺寸硅片，避免了使用单张硅片进行分片的碎片风险，提升了小尺寸硅片的加工效率。

在另一优选实施例中，本申请提供的硅棒10在后续激光切割硅片30时，便于对焦中心进行切割分片，保证切割后获得的横截面为长方形结构的长硅片或横截面为正方形的小硅片的质量合格且尺寸精度准确。也就是，先将具有沟槽20的大尺寸硅棒10进行多线切割，获得大尺寸方硅片，再沿方硅片中的单组对位平面上的沟槽20的缺口进行单向分片，获得若干个的长硅片；或者，沿方硅片中的两组对位平面上的沟槽20的缺口进行交叉分片，获得若干组小方片。

本实施例中，硅棒10平面的沟槽20使获得的常规大尺寸硅片形成预置切入口，便于加工非常规尺寸硅片的入刀切割定位，有效降低硅片侧边崩损、开裂等现象的出现几率，以提高非常规小尺寸硅片的分片效率及分片质量。

如图2-3所示，沟槽20的侧边均与硅棒10中的晶向指数为<100>的边交叉且非垂直设置，也即是沟槽20的两个侧边均与晶面(100)交叉倾斜设置，由于直接垂直于晶面(100)设置的边不仅会容易沿其晶格线开裂，而且会加速切割裂纹，而交叉设置的斜面可减小切割裂纹的几率，而且还可减小切速及振动对晶面开裂的破坏性，从而可提高沟槽20侧边的面形质量。沟槽20的侧边与晶面(100)交叉设置，进而可知，在端面上，沟槽20的侧边优选与晶向<100>边交叉非垂直设置。

优选地，沟槽20设置在硅棒10平面的任一位置处的放大图，其横截面为V型结构，如图2所示沟槽的末端为圆弧形结构，此时沟槽20的顶角由两侧边的延长线相交形成。对位平面中的一组沟槽20的顶角的连接线垂直于端面中其所在对位边，对位平面中的一组沟槽20的顶角的连接线与端面中其所在对位边的中线并行或重叠设置。

本实施例中，沟槽20末端的圆弧形结构与切割刀具的尺寸相匹配，切割完成后，两个侧边可以直接在硅片上形成倒角，减少了硅片需要进行加工的倒角数量，避免了加工多个倒角的潜在风险。

需要说明的是，本实施例中的末端圆弧形结构仅是根据实际生产条件所作出的设置，并不代表沟槽20的结构仅限于此，在另一实施例中，沟槽20的末端是平直的，如图3所示，沟槽20的横截面为梯形，其短边与刀具匹配，仍可满足切割要求。

应该理解的是，上述的圆弧形、梯形结构是对沟槽20的末端进行描述，尺寸大小在几十到几百微米之间，宏观上观察到的沟槽20的横截面仍可近似认为是V形。另外，本领域技术人员也可根据实际的生产加工要求，对本申请提供的沟槽结构进行适应性调整。

沟槽20的横截面的顶角的夹角θ范围为60-120°，即不小于60°且不大于120°，也就是可以为60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°等角度，便于后续对横截面为长方形的硅棒10进行新的倒角的加工。

本实施例中，沟槽20的夹角θ优选为90°；因每个硅片的倒角都是等腰直角三角形，则当沟槽20的顶角θ等于倒角的夹角90°时，沟槽20的单侧边即是预设倒角40的结构，无需再对硅片30的倒角进行加工即可直接使用，避免了多余的磨削加工对硅片的损伤。

所有沟槽20均贯穿硅棒10的长度方向设置，也就是所有沟槽20均凹置于硅棒10的平面上并直通其长度方向设置，以使所有的硅片30的结构都相同。

优选地，沟槽20横截面中其最大宽度W是硅棒10对位面宽度的1.19-1.38％；且其槽深H是硅棒10对位面高度的0.59-0.69％；其中，所有硅棒10的对位面宽度和对位面高度都相同。这一结构的限定，不仅有利于定位单线切割硅棒10的位置，而且还不至于影响硅棒10整体的尺寸。

其中一个实施例，如图1所示，在硅棒10的其中一组对位设置的侧面上均设有沟槽20。对该硅棒20进行多线切割后获得的硅片20中仅有一组对位设置的沟槽20，如图4所示。在激光分片时，连接两个沟槽20，获得如图4所示的虚线，可沿沟槽20的连接位置，即图中虚线位置，对硅片20进行单线切割，可获得两个长方形结构的长硅片。

其中一个实施例，如图1所示，在硅棒10的其中一组对位设置的侧面上均设有若干个沟槽20，其端面结构如图5所示。在激光分片时，连接各个对位设置的沟槽20，获得如图5所示的虚线，可沿沟槽20的连接位置，即图中虚线位置，对硅片20进行激光分片切割，可获得若干个长条形结构的长硅片。

其中一个实施例，如图1所示，在硅棒10的四个侧面上都设有沟槽20。对该硅棒20进行多线切割后获得的硅片20中有四个沟槽20，如图6所示，连接对位设置的沟槽20可获得两条虚线。在分片时，可分别沿四个沟槽20的连接位置进行双线交叉切割，即沿图片中的虚线位置处进行交叉切割，可获得四个正方形结构的小方片。当然，亦可在每组对位设置的平面上设置不同数量的对位沟槽20，亦可将硅片30分割成若干个小长硅片或小方片，附图省略。

在硅棒10加工过程中提前预制沟槽20，使在切好的硅片30上沿沟槽20的连接线再进行激光划半片或小片处理，省去在半片倒角的步骤，减少小片的倒角数量，进而减少硅片30在切倒角时破碎几率，提高产品质量。

当n大于2时，则只能在其中一组对位设置的平面上设置沟槽20，因其结构的特殊性，不易在相邻对位设置的平面上设置多组交叉的沟槽20。具体如下：

其中一个实施例，如图7所示的六边形硅棒10中仅有一组对位平面为晶面指数为(100)，可在该对位设置的晶面指数为(100)的平面上设有若干沟槽20。对该硅棒20进行多线切割后获得的硅片20中若干个沟槽20，如图8所示，连接对位设置的沟槽20可获得若干条虚线。在分片时，可分别沿虚线的位置进行单向激光分片切割，即沿图片中的虚线位置处进行切割，可获得若干个长硅片，对于三角形的废料可回收再利用。

其中一个实施例，如图9所示的八边形硅棒10中有两组对位平面是晶面指数为(100)，可在两组对位设置的晶面指数为(100)的平面中的其中一组平面上设有若干沟槽20。对该硅棒20进行多线切割后获得的硅片20中若干个沟槽20，如图10所示，连接对位设置的沟槽20可获得若干条虚线。在分片时，可分别沿虚线的位置进行单向激光分片切割，即沿图片中的虚线位置处进行切割，可获得若干个长硅片，对于梯形结构的废料可回收再利用。还可在垂直交叉的另一组晶面指数为(100)的对位面上设置沟槽20，如图11所示，以交叉激光切割分片，获得若干个小尺寸的长硅片或小方片。

一种硅片，采用如上所述的硅棒加工。

一种太阳能电池，采用如上所述的硅片加工。

采用本申请设计的一种硅棒，在硅棒的平面上设有沟槽，尤其是在晶面指数为(100)的对位平面上设置切割沟槽，并使所与沟槽的侧边都与晶向指数为<100>的边交叉且非垂直设置，不仅可减小切割沟槽时对硅棒本身造成的裂纹风险，而且在后续硅片分片切割时也避开易碎位置，最大限度地降低了在质量不稳定的晶面上进行加工而造成裂纹的几率，提高硅片成品率，还可有效减小硅片切割时开裂的风险。

沿沟槽切割获得非常规尺寸形状的硅棒，经切片处理后即可获得若干非常规的小尺寸硅片，不仅便于硅片的分片切割，而且在分片切割时还省略了对硅片倒角的加工，沟槽的设置还可保证分切时不易碎裂；亦省略了对非常规尺寸硅棒的倒角的加工步骤。

本申请提供的硅棒亦可先获得具有预置切入口的常规大尺寸硅片后，再沿预置的切入口将常规大尺寸硅片分割成若干小尺寸硅片。在硅片的分切过程中，沟槽形成的预置切入口更便于加工非常规尺寸硅片的切割定位，有效降低硅片分片加工碎裂、崩损或开裂等现象的出现几率，以提高非常规小尺寸硅片的分片效率及分片质量。本申请还提出一种采用该结构的硅棒所加工的硅片、以及采用该硅片加工的太阳能电池。

以上对本申请的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本申请的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本申请的专利涵盖范围之内。

Claims (16)

1.一种硅棒，其特征在于，包括n组对位设置的平面，在至少一组对位设置的平面上配设有沟槽，所述沟槽沿硅棒长度方向构置；其中，n为整数且不小于2。

2.根据权利要求1所述的一种硅棒，其特征在于，所述沟槽所在平面的晶面指数为(100)。

3.根据权利要求2所述的一种硅棒，其特征在于，所述沟槽横截面的侧边与硅棒中的晶向指数为<100>的边交叉且非垂直设置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种硅棒，其特征在于，所述沟槽的横截面被构造为V型结构，其大端开口方向均朝外配置在平面上。

5.根据权利要求4所述的一种硅棒，其特征在于，所述沟槽的横截面的顶角夹角范围为60-120°。

6.根据权利要求5所述的一种硅棒，其特征在于，所述沟槽的横截面的顶角夹角为90°。

7.根据权利要求6所述的一种硅棒，其特征在于，所述沟槽的横截面的顶角垂直指向其对位边。

8.根据权利要求1-3、5-7任一项所述的一种硅棒，其特征在于，在每个构置有所述沟槽的平面上设有至少一条所述沟槽。

9.根据权利要求8所述的一种硅棒，其特征在于，置于对位平面上的所有所述沟槽均相对于该对位平面之间的中线对称设置。

10.根据权利要求1-3、5-7、9任一项所述的一种硅棒，其特征在于，所有所述沟槽均被构置为并行于硅棒轴线。

11.根据权利要求10所述的一种硅棒，其特征在于，所有所述沟槽均贯穿于硅棒的长度配置。

12.根据权利要求1-3、5-7、9、11任一项所述的一种硅棒，其特征在于，每个所述沟槽横截面的最大宽度尺寸是所述硅棒对位面宽度的1.19-1.38％。

13.根据权利要求12所述的一种硅棒，其特征在于，每个所述沟槽横截面的槽深是所述硅棒对位面宽度的0.59-0.69％。

14.根据权利要求1-3、5-7、9、11、13任一项所述的一种硅棒，其特征在于，n为2、3或4。

15.一种硅片，其特征在于，采用如权利要求1-14任一项所述的硅棒加工。

16.一种太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求15所述的硅片加工。