專利名稱：硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)對硅錠切片質(zhì)量進行監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
目前對單多晶晶塊切片的主要方法有兩種一是結(jié)構(gòu)利用結(jié)構(gòu)鋼線高速運行帶動懸浮在PEG中的金剛砂磨削單多晶晶塊實現(xiàn)切片；二是直接利用表面鑲嵌或涂覆有類金剛砂的高硬度物質(zhì)的金剛線高速運動磨削單多晶晶塊實現(xiàn)切片。目前第一種方法由于其工藝相對穩(wěn)定，綜合成本具有較明顯優(yōu)勢，國內(nèi)批量生產(chǎn)均采用該切片方法。
第一種切片工藝通常所需要用到的最重要輔材為金剛砂和懸浮液(聚己二醇-PEG200)以及鋼線。輔材質(zhì)量的好壞直接決定切片質(zhì)量，通常我們對輔材均有監(jiān)控，金剛砂的監(jiān)控指標主要有顆粒尺寸分布，顆粒表面干凈度以及顆粒形狀及硬度等；懸浮液的監(jiān)控指標主要有PH值、平均分子量、黏度、金屬離子含量、電導(dǎo)率等；鋼線的監(jiān)控指標主要有直徑、橢圓度和抗拉強度等。在對切片的主要輔材質(zhì)量進行監(jiān)控和控制的基礎(chǔ)上，切片設(shè)備的穩(wěn)定性和精密度也將直接決定切片的質(zhì)量，但隨著對單多晶晶棒切片的進一步研究歸納及總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前所監(jiān)控的輔材及設(shè)備運行各參數(shù)的正常及穩(wěn)定僅為切片質(zhì)量有保證的必要條件，并非充要條件，在以上監(jiān)控的所有輔材參數(shù)均穩(wěn)定并在控制范圍內(nèi)，且切片設(shè)備本身所監(jiān)控的各運行參數(shù)均在目標范圍內(nèi)時，即使在相對穩(wěn)定工藝窗口較大的工藝條件下除去人為因素及其它外在因素后切片質(zhì)量仍然有很大的波動性。比如說切片過程中隨機產(chǎn)生的裂紋半截片及膠面崩邊缺角片通常很難明確解釋起因，更加無法進行有效的控制，這就說明還有些影響切片質(zhì)量的重要參數(shù)在目前的切片系統(tǒng)內(nèi)還未能被有效的監(jiān)控控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中之不足，提供一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測方法，有效控制切片工藝過程，減少切片過程中隨機產(chǎn)生的裂紋片、半截片、膠面崩邊缺角片等缺陷，實現(xiàn)更加穩(wěn)定的切片質(zhì)量和更高的切片效益。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，包括切片裝置、用于檢測晶棒切割處溫度的檢測裝置以及帶有中央處理器的控制裝置，切片裝置包括切片機的內(nèi)壁板，內(nèi)壁板一側(cè)具有待切割的晶棒、粘結(jié)晶棒的晶托、位于晶棒下方的一對導(dǎo)輪以及繞在導(dǎo)輪之間的用于磨削晶棒的鋼線線網(wǎng)，所述的檢測裝置包括設(shè)在內(nèi)壁板上的紅外線傳感器，紅外線傳感器通過傳輸線連接有溫度感應(yīng)電路，紅外線傳感器探頭中心線的延伸方向?qū)输摼€線網(wǎng)磨削晶棒端面時的中間位置處，溫度感應(yīng)電路將收集的數(shù)據(jù)處理后傳送至中央處理器。進一步地，為將紅外線傳感器接受到的晶棒反射信號加以處理，所述的溫度感應(yīng)電路包括信號放大器和功率放大器。
所述的紅外線傳感器外套裝有保護外殼，以防止線鋸磨削時砂漿飛濺而對紅外線傳感器產(chǎn)生的污染。一種使用上述監(jiān)控系統(tǒng)對硅錠切片質(zhì)量進行監(jiān)測控制的方法紅外線傳感器接受切割晶棒端面最高溫度處反射的紅外線，利用紅外線對不同溫度的物體其反射率不一樣的特征，將紅外線傳感器接受到的晶棒反射信號，通過傳輸線傳輸?shù)綔囟雀袘?yīng)電路，經(jīng)溫度感應(yīng)電路內(nèi)的信號放大器和功率放大器處理后，傳送到中央處理器進行數(shù)據(jù)處理，最后由PID中央控制程序發(fā)出指令對晶棒的切割進給速度進行調(diào)整，以保證切片質(zhì)量。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過在單多晶晶塊的切片裝置中增加一套紅外線溫度檢測裝置，將所測晶塊切割處的溫度信號傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，實現(xiàn)即時測量和控制切片工藝，從而實現(xiàn)控制切割過程中的晶棒溫度，最終達到較高的切片質(zhì)量，減少切片過程中隨機產(chǎn)生的裂紋片、半截片、膠面崩邊缺角片比例，同時所切硅片的TTV、線痕也有明顯降低，硅片質(zhì)量和效益得到明顯的改善。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的左視圖。圖3為監(jiān)控的晶棒最高溫度的變化曲線圖。圖中I.內(nèi)壁板2.晶棒3.晶托4.導(dǎo)輪5.鋼線線網(wǎng)6.紅外線傳感器7.傳輸線
8.溫度感應(yīng)電路9.保護外殼
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖I、圖2所示的一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，包括切片裝置、用于檢測晶棒切割處溫度的檢測裝置以及帶有中央處理器的控制裝置。切片裝置，包括切片機的內(nèi)壁板I，內(nèi)壁板I 一側(cè)具有待切割的晶棒2、粘結(jié)晶棒2的晶托3、位于晶棒2下方的一對導(dǎo)輪4以及繞在導(dǎo)輪4之間的用于磨削晶棒2的鋼線線網(wǎng)5 ;檢測裝置，包括設(shè)在內(nèi)壁板I上的紅外線傳感器6，紅外線傳感器6外套裝有保護外殼9，以防止鋼線線網(wǎng)5磨削時砂漿飛濺而對紅外線傳感器6產(chǎn)生的污染，紅外線傳感器6通過傳輸線7連接有溫度感應(yīng)電路8，紅外線傳感器6探頭中心線的延伸方向?qū)输摼€線網(wǎng)5磨削晶棒2端面時的中間位置處，溫度感應(yīng)電路8將收集的數(shù)據(jù)處理后傳送至中央處理器。溫度感應(yīng)電路8與切片機的控制裝置合為一體，溫度感應(yīng)電路8包括有信號放大器和功率放大器，信號放大器和功率放大器將紅外線傳感器6接受到的晶棒反射信號加以放大處理后，傳送到中央處理器，控制裝置根據(jù)處理結(jié)果來調(diào)整晶棒2的切割工藝參數(shù)。一種使用上述監(jiān)控系統(tǒng)對硅錠切片質(zhì)量進行監(jiān)測控制的方法紅外線傳感器6接受切割晶棒2端面最高溫度處反射的紅外線，利用紅外線對不同溫度的物體其反射率不一樣的特征，將紅外線傳感器6接受到的晶棒2反射信號，通過傳輸線7傳輸?shù)綔囟雀袘?yīng)電路8，經(jīng)溫度感應(yīng)電路8內(nèi)的信號放大器和功率放大器處理后，傳送到中央處理器進行數(shù)據(jù)處理，最后由PID中央控制程序發(fā)出指令對晶棒2的切割進給速度進行調(diào)整，以保證切片質(zhì)量。該發(fā)明通過在常用的切片設(shè)備上增加一套紅外線溫度檢測裝置，適用于現(xiàn)在切片企業(yè)采用的所有切片設(shè)備，如MB264、MB271、HCT-B5、DJZG, NTC-442、PV-800、PV-1000，該監(jiān)控系統(tǒng)能即時測量切片過程中晶棒的溫度最高區(qū)域溫度，進行記錄并處理保存，同時將該溫度反饋給PID控制系統(tǒng)，及時調(diào)節(jié)控制切片過程中的工藝參數(shù)(工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)主要是線速及臺數(shù))實現(xiàn)更佳的切片質(zhì)量.切割結(jié)束后結(jié)合其它參數(shù)工藝日志及該溫度曲線，便能更加完善的分析切片過程中的運行情況，從而更加有效的通過優(yōu)化懸浮液特性(黏度密度及散熱性)及金剛砂的切割能力(新舊砂比例及顆粒尺寸分布)達到更好的切片質(zhì)量和效益。從而減少了切片過程中隨機產(chǎn)生的裂紋片、半 截片、膠面崩邊缺角片比例，同時所切硅片的TTV、線痕也有明顯降低，硅片質(zhì)量明顯改善，這為硅片在電池端的良率進一步提供了保證。切片過程中晶棒2溫度最高區(qū)域的溫度和切割工藝息息相關(guān)，根據(jù)大量的測試統(tǒng)計及總結(jié)經(jīng)驗，切割晶棒2最高溫度與切割工藝相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性可以通過以下公式表不:Th=Cl*Vt2+C2*Vt+C3*Vl2+C4*Vl+C5*Vt*Vl+C6/D。其中，Th為整個切片過程中晶棒2的最高溫度，Vt為整個切片過程中最大工作臺速度(mm/min)，Vl為整個切片過程中最大鋼線速度(m/s)，D為鋼線直徑(mm)，Cl、C2、C3、C4、C5、C6為常數(shù)，與切割機臺類型及所用鋼線直徑，砂漿懸浮液型號及環(huán)境溫濕度等因素相關(guān)。該發(fā)明的核心是其自動控制系統(tǒng)，當紅外線傳感器6檢測到的晶棒2溫度大于溫度設(shè)定值后，PID中央控制系統(tǒng)根據(jù)以上溫度模型自動調(diào)整工藝參數(shù)(切割晶棒2的進給速度)，使晶棒2最高溫度恢復(fù)正常，從而保證了切片質(zhì)量。例如當測試到的晶棒2溫度Thl>系統(tǒng)設(shè)定的晶棒2最高溫度Th時，該系統(tǒng)自動調(diào)整控制工作臺速度Vt至Vtl，使Vtl滿足Thl-2=Cl*Vtl2+C2*Vt l+C3*Vl2+C4*Vl+C5*Vtl*Vl+C6/D下表為切片機臺不同工藝條件下切片過程中各參數(shù)值及晶棒2最高溫度的設(shè)定值，機臺裝載量為(780±20mm) 156X 156多晶、砂漿配置使用1200號金剛砂及PEG200配置而成、切片機臺循環(huán)砂漿流量大于6500kg/h、平均每刀消耗砂漿為(300±100)kg、切片砂楽■密度為 I. 6-1. 7g/cm3、0. 3mm/min<Vt<0. 5mm/min、12m/s〈Vl〈14m/s、0. lmm〈鋼線直徑D<0.15mm。
權(quán)利要求
1.一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，包括切片裝置、用于檢測晶棒切割處溫度的檢測裝置以及帶有中央處理器(10)的控制裝置，切片裝置包括切片機的內(nèi)壁板(1)，內(nèi)壁板(I) 一側(cè)具有待切割的晶棒(2)、粘結(jié)晶棒(2)的晶托(3)、位于晶棒(2)下方的一對導(dǎo)輪(4)以及繞在導(dǎo)輪(4)之間的用于磨削晶棒(2)的鋼線線網(wǎng)(5)，其特征是所述的檢測裝置包括設(shè)在內(nèi)壁板(I)上的紅外線傳感器(6 )，紅外線傳感器(6 )通過傳輸線(7 )連接有溫度感應(yīng)電路(8)，紅外線傳感器(6)探頭中心線的延伸方向?qū)输摼€線網(wǎng)(5)磨削晶棒(2)端面時的中間位置處，溫度感應(yīng)電路(8)將收集的數(shù)據(jù)處理后傳送至中央處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，所述的溫度感應(yīng)電路(8)內(nèi)具有信號放大器(81)和功率放大器(82)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，所述的紅外線傳感器(6)外套裝有保護外殼(9)。
4.一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)測控制方法，其特征是紅外線傳感器(6)接受切割晶棒(2)端面最高溫度處反射的紅外線，利用紅外線對不同溫度的物體其反射率不一樣的特征，將紅外線傳感器(6)接受到的晶棒(2)反射信號，通過傳輸線(7)傳輸?shù)綔囟雀袘?yīng)電路(8)，經(jīng)溫度感應(yīng)電路(8)內(nèi)的信號放大器(81)和功率放大器(82)處理后，傳送到中央處理器(10)進行數(shù)據(jù)處理，最后由PID中央控制程序發(fā)出指令對晶棒(2)的切割進給速度進行調(diào)整，以保證切片質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅錠切片質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測方法，包括切片裝置、用于檢測晶棒切割處溫度的檢測裝置以及帶有中央處理器的控制裝置，切片裝置包括切片機的內(nèi)壁板，內(nèi)壁板一側(cè)具有待切割的晶棒、粘結(jié)晶棒的晶托、位于晶棒下方的一對導(dǎo)輪以及繞在導(dǎo)輪之間的用于磨削晶棒的鋼線線網(wǎng)，檢測裝置包括設(shè)在內(nèi)壁板上的紅外線傳感器，紅外線傳感器通過傳輸線連接有溫度感應(yīng)電路，紅外線傳感器探頭中心線的延伸方向?qū)输摼€線網(wǎng)磨削晶棒端面時的中間位置處，溫度感應(yīng)電路將收集的數(shù)據(jù)處理后傳送至中央處理器。本發(fā)明可有效控制切片工藝過程，減少切片過程中隨機產(chǎn)生的裂紋片、半截片、膠面崩邊缺角片等缺陷，實現(xiàn)更加穩(wěn)定的切片質(zhì)量和更高的切片效益。
文檔編號G01J5/00GK102744796SQ201210206188
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者賀潔 申請人:常州天合光能有限公司