專利名稱：太陽能晶體硅片、電池片及太陽能發(fā)電裝置的制作方法
太陽能晶體硅片、電池片及太陽能發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及以晶體硅或鑄造晶體硅或硅合金為主體的太陽能電池片和晶體硅片及太陽能發(fā)電裝置。鑄造晶體硅片或一些非鑄造的晶體硅片通常用來制作晶體硅太陽能電池片，而晶體硅太陽能電池片用來制作太陽能發(fā)電裝置，例如太陽能電池，或稱光伏電池。本發(fā)明提出了改進(jìn)的鑄造和非鑄造晶體硅片、鑄造晶體硅太陽能電池片和晶體硅太陽能發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
晶體硅(或硅合金)材料依據(jù)其制造方法的不同可分為鑄造晶體、直拉單晶(棒) 和區(qū)熔晶體。鑄造硅晶體從方法上區(qū)分，可分為坩堝鑄造硅晶體和無坩堝鑄造(例如電磁懸浮鑄造)硅晶體；從晶體結(jié)構(gòu)上區(qū)分，可分為鑄造多晶硅和鑄造單晶硅。直拉單晶(棒) 和區(qū)熔晶體，由于晶體生長方式和熱場控制的要求，其主體部分通常呈近似圓柱體形。
光伏發(fā)電裝置由于發(fā)電功率是面積依賴性的，通常需要多個電池片在單位面積內(nèi)拼排成最大有效面積，因而，適應(yīng)于硅錠切割和電池片密排，現(xiàn)有的光伏用電池片和硅片通常采用等邊的四邊形的輪廓形狀，具有四個角部位。
將鑄造硅晶體制成硅片，現(xiàn)有方法是將整塊的晶體錠或棒剖分成多個較小的正四棱柱形的娃塊，俗稱娃方錠，再經(jīng)棱部倒角處理，然后以娃方錠的任意一個沿棱柱或長軸方向的娃方錠表面粘結(jié)固定在工裝上，加載于切片機(jī)，沿垂直于長軸的方向切片獲得娃片，例如中國專利申請公開CN201010238223. 3所述。
將直拉單晶或區(qū)熔單晶棒制成硅片，現(xiàn)有方法是將近似圓柱體形的晶棒滾磨成圓棒，然后再沿與長軸平行 方向切除圓棒外側(cè)部分晶體，將晶棒切割成四角帶圓弧曲面的等邊棱柱體，稱娃方棒，然后以娃方棒的任意一個沿棱柱或長軸方向的平面表面粘結(jié)固定在工裝上，加載于切片機(jī)，沿垂直于長軸的方向切片獲得硅片。制成帶圓弧曲面的方棒而不是制成正四棱柱形的方錠，是為了兼顧較大的硅片拼排面積和晶體的利用率，因?yàn)橹崩瓎尉Щ騾^(qū)熔單晶的加工成本較高。
上述現(xiàn)有方法制造的晶體硅片，外觀呈方形斜角或方形圓角，具有四個基本上等長的邊緣輪廓線(側(cè)邊線)和靠近輪廓線端部的四個角部。
按現(xiàn)有的技術(shù)將娃方錠或娃方棒切割成娃片，加工成本較高，一方面是由于工序較多，加工周期長，硅原料和半成品庫存高，另一方面是由于加工設(shè)備昂貴，稼動率低，設(shè)備產(chǎn)出能力低。隨著硅片切割新技術(shù)的應(yīng)用，諸如金剛石線鋸技術(shù)、高速切割工藝，切割速度快速提高，156硅片的單錠切割時間由原來的9小時左右縮短到4 6小時，導(dǎo)致稼動率進(jìn)一步降低。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一是提供新型的改進(jìn)的太陽能晶體硅片，和改進(jìn)的晶體硅太陽能電池片，以及包含有該改進(jìn)的鑄造晶體硅太陽能電池片的新型太陽能發(fā)電裝置，以實(shí)現(xiàn)較低的硅片、電池片、和太陽能發(fā)電裝置的加工或制造成本。同時，本發(fā)明還提出了制造上述改進(jìn)的晶體硅片的方法。本發(fā)明的新型晶體硅片，包括單晶硅片和多晶硅片；本發(fā)明的新型晶體硅太陽能電池片，包括單晶硅太陽能電池片和多晶硅太陽能電池片。
發(fā)明人經(jīng)過仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，加工周期長的原因包括硅錠粘膠固定于工裝需要較長的時間，將帶工裝的硅錠裝載到切片機(jī)并完成布線等切割準(zhǔn)備和切割后卸載、清理，也消耗大量時間，后者更降低了昂貴的切片機(jī)的稼動率和產(chǎn)能，提高了設(shè)備折舊成本。
發(fā)明人通過深入研究和仔細(xì)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，將現(xiàn)有的按產(chǎn)出硅片片數(shù)的數(shù)量計(jì)算的單刀硅方錠粘膠或裝載、卸載時間，改為按產(chǎn)出硅片的面積計(jì)算，意外地得出結(jié)論通過降低粘膠面面積與獲得的硅片的總表面積的比值，可以降低生產(chǎn)單位硅片面積的粘膠時間和裝載、卸載時間，提高昂貴的切片設(shè)備的稼動率。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將現(xiàn)有的等邊長的圓角、弧角或斜角方形硅片，改為具有不等邊長的圓角、弧角或斜角長方形硅片，就可以降低粘膠面面積與獲得的硅片的總表面積的比值，從而降低成本，提高工效。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在硅片制造、電池片制造和電池片封裝成太陽能發(fā)電裝置的生產(chǎn)線制造過程中，存在著大量對硅片和電池片進(jìn)行的空間不對稱操作，而通過將硅片、電池片制成不對稱的長方形，可提高這些不對稱操作以硅片或電池片面積計(jì)算的工作效率，從而增加生產(chǎn)線產(chǎn)出能力，降低成本。
根據(jù)上述分析和計(jì)算，并考慮到操作的可靠性和便利性，本發(fā)明設(shè)計(jì)出新型太陽能晶體硅片，其為圓角或斜角或弧曲面角的長方形硅片，具有主體為長方形的輪廓，其特征是，構(gòu)成硅片所述的長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1.1 4之間。
進(jìn)而獲得的本發(fā)明的晶體硅太陽能電池片，為圓角或斜角或弧曲面角的長方形晶體硅電池片，具有主體為長方形的輪廓，其特征是，構(gòu)成電池片所述的長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1.1 4之間。
根據(jù)同樣的構(gòu)思和方案獲得的本發(fā)明的太陽能發(fā)電裝置，包含至少一個具有長方形輪廓的晶體硅太陽能電池片、封裝該太陽能電池片的底板和透光的面板、收集電池片產(chǎn)生的電流的輸出端子，其特征是，構(gòu)成所述的電池片長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1.1 4之間。
本發(fā)明所述的上述晶體硅片、晶體硅電池片和太陽能發(fā)電裝置的晶體硅太陽能電池片的所述長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比，優(yōu)選1. 3 2. 5，進(jìn)一步優(yōu)選1. 45 2. 05。
本發(fā)明還提供了一種制造上述具有長方形主體輪廓的晶體硅片的方法，包括，切割硅錠或硅棒，以獲得截面為長方形或截面的主體為長方形的四棱柱形晶體硅方錠或帶弧曲面的四棱柱形晶體硅方錠，任選對四棱柱形的硅方錠沿長軸的棱作倒角、倒圓或去直角棱邊處理，然后以四棱柱形的晶體硅方錠與長軸平行方向的較窄的一個側(cè)面的至少部分表面作為接觸面將硅方錠固定在工裝上，裝載于切片機(jī)，沿垂直于長軸的方向?qū)⒐璺藉V切割成娃片。
本發(fā)明還提供了上述制造具有長方形主體輪廓的晶體硅片的方法的改進(jìn)方案，包括，將所述的硅方錠的作為固定于工裝的接觸面的較窄的側(cè)面的斜對側(cè)的側(cè)面的至少部分表面也作為接觸面貼緊或固定在工裝上。
本發(fā)明提出的上述長方形的單晶或多晶的晶體硅片或電池片或太陽能發(fā)電裝置的方案，相比同樣面積的方形硅片，允許更短的切割線行進(jìn)方向的切割距離，可降低硅片的TTV不良出現(xiàn)率，并降低硅片的厚度公差，允許更薄的硅片切割工藝，提高晶錠的硅片產(chǎn)出率，由此，本發(fā)明能顯著地降低硅片的制造成本，并因而降低電池片和太陽能發(fā)電裝置的制造成本。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。


附圖示意本發(fā)明的新型晶體硅片1，其輪廓為長方形，邊長為a、b，角部外緣線標(biāo)示為Co
本發(fā)明的附圖為示意圖，圖中各部位所顯示的相對大小，依清楚地展示和方便繪圖的需要做了調(diào)整，并不代表實(shí)際的比例或尺寸。附圖中并未顯示硅片的厚度。本發(fā)明所述的硅片、電池片的厚度，可以依據(jù)使用需要而任意選取合適的厚度，通常，為節(jié)省材料，本發(fā)明的硅片、電池片的厚度值在100 300μπι。根據(jù)本發(fā)明，選取較薄的厚度，更容易體現(xiàn)本發(fā)明的產(chǎn)品提高成品率和降低成本的優(yōu)勢。
具體實(shí)施方式
附圖示意本發(fā)明的一種晶體硅片的實(shí)施方式。所述的硅片的具有長方形的主體輪廓，邊長分別為a，b。c示意硅片的非直角的角部外緣線。圖中可見，所述的非直角的角部， 可視為從長方形的直角部位去掉了一小部分直角而形成，其中，c遠(yuǎn)小于a或b。根據(jù)本發(fā)明，a/b值在1.1 4之間，優(yōu)選1. 3 2. 5，進(jìn)一步優(yōu)選1. 5 2。適用于制造太陽能電池片，本發(fā)明中，b的大小一般在50 250mm，優(yōu)選100 200mm，進(jìn)一步優(yōu)選120 160mm，例如 125mm、156mm 等等。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的多晶娃片的邊長a為137. 5m m,邊長b為125mm, c的長度為3mm。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的另一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的多晶娃片的邊長a為150mm,邊長b為125mm, c的長度為2mm。
根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的再一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的多晶娃片的邊長a為187. 5mm,邊長b為125mm, c的長度為2. 5mm。
根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的多晶娃片的邊長a為220mm,邊長b為110mm, c的長度為2. 5mm。娃片的厚度為160 μ m。由于較短的邊長b作為切割時切割線行進(jìn)方向切割的長度，硅片近邊緣處(通常以長邊所在的相對兩側(cè)距離邊緣6mm處為準(zhǔn))的厚度差或TTV可以控制在15微米以下，達(dá)到IOym左右，降低了硅片的厚度公差，因此，可以將硅片切割得更薄，從而提高了硅片的產(chǎn)出率。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)的具有相同面積的方形娃片，其邊長為156mm, TTV —般在15 30 μ m之間， 平均值在20 μ m左右,娃片的厚度最薄只能做到180 μ m。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的多晶娃片的邊長a為226mm,邊長b為156mm, c的長度為1. 8mm。娃片的厚度為180+/-20 μ m。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的多晶娃片的邊長a為250mm,邊長b為125mm, c的長度為3. 5mm。娃片的厚度為180+/-15 μ m。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的鑄造單晶娃片的邊長a為500mm,邊長b為125mm, c的長度為3. 5mm。娃片的厚度為 200+/—15 u rtio在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的鑄造單晶娃片的邊長a為281mm,邊長b為156mm, c的長度為3. 5mm。娃片的厚度為200+/—20 u rtio
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的鑄造單晶娃片的邊長a為320mm,邊長b為156mm, c的長度為2. 8mm。娃片的厚度為 190+/_20 u rrio
在根據(jù)本發(fā)明的晶體硅片的上述實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例中，主體為長方形的鑄造單晶娃片的邊長a為390mm,邊長b為156mm, c的長度為3. 5mm。娃片的厚度為200+/—20 u rtio
根據(jù)本發(fā)明的硅片制造方法，包括，將按太陽能晶體鑄錠方法生長的鑄造晶體硅錠開方，獲得截面邊長分別為250mm、125mm、高度為2600mm的四棱柱形硅方錠，任選將四條棱邊做小倒角加工，將獲得的硅方錠的邊長為2600_、125_的平面硅面作為固定接觸面， 把硅方錠粘結(jié)在工裝上；將至少一個固定了硅方錠的工裝裝載到切片機(jī)的切割工位，按沿垂直于長軸的方向切割娃方錠的方式，啟動切片機(jī)切割娃方錠，切割完成后卸載并取下獲得的硅片，得到多個長方形晶體硅片，其邊長為250_、125_。
根據(jù)本發(fā)明的硅片制造方法，將晶體硅錠開方，獲得截面邊長分別為260mm、 130_、高度為2600_的四棱柱形硅方錠，任選將四條棱邊做小倒角加工，將獲得的硅方錠的邊長為2600mm、130mm的平面硅面作為固定接觸面，把硅方錠粘結(jié)在工裝上；同時，將該粘結(jié)固定接觸面的斜對側(cè)的邊長為260mm、2600mm的側(cè)面的至少一部分,任選粘結(jié)固定或緊密貼合在工裝上，將工裝連同硅方錠裝載到切片機(jī)的切割工位，按沿垂直于長軸的方向切割硅方錠的方式，啟動切片機(jī)切割硅方錠，切割完成后卸載并取下獲得的硅片，得到多個長方形晶體娃片，其邊長為260mm、130mm。
本發(fā)明的上述將硅方錠的2個面與工裝粘結(jié)固定，適合于粘結(jié)劑強(qiáng)度不高、或目標(biāo)硅片的長短邊比值較大、硅錠重量較大的情況，或硅方錠傾斜切割的情況，可增加硅方錠的固定牢固程度，確保切割中硅方錠不會從工裝上掉落。
本發(fā)明的上述將硅方錠的第2個面與工裝貼緊的方法，可利用壓力使工裝面壓緊在硅平面表面，將該被壓緊的表面作為切割線切割終點(diǎn)的出刀口面，可減少表面的崩邊、硅落等不良。
取上述各實(shí)施例的晶體硅片，將其按常規(guī)的晶硅電池片制造方法和制程制成電池片，即獲得本發(fā)明的晶體硅太陽能電池片，它具有呈現(xiàn)為長方形的主體輪廓，其長方形的長、短邊長之比在1.1 4 之間，例如，1. 2，1. 3，1. 4，1. 5，1. 6，1. 7，1. 8，1. 9，2. 0，2. 01,2.1,2.2,2. 45，2. 5，等等。將至少一個該電池片封裝成光伏電池組件，即獲得本發(fā)明的一種太陽能發(fā)電裝置。
取邊長分別為250mm、125mm的P型摻雜的晶體娃片，經(jīng)表面制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、 腐蝕去磷硅玻璃、邊緣刻蝕、鍍減反射膜、電極印刷、燒結(jié)等常規(guī)電池片制作工藝處理，制成本發(fā)明的一種新型晶體硅太陽能電池片。它具有呈現(xiàn)為長方形的主體輪廓，其長方形的長、 短邊長之比為2。
將上述至少一個電池片，用底板和透光的面板封裝，并設(shè)置可收集電池片產(chǎn)生的電流的輸出端子，即獲得本發(fā)明的一種太陽能發(fā)電裝置。將其作為光伏電池組件，和支架、 控制器、輸出電纜連接起來，即構(gòu)成一個本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
取邊長分別為250mm、125mm的電池片9片，3個一組拼排成3列置于封裝底板上， 設(shè)置連接各電池片導(dǎo)電線柵的、可收集電池片產(chǎn)生的電流的輸出端子，用EVA和透光的面板做層壓封裝，并即獲得本發(fā)明的一種太陽能發(fā)電裝置。將其作為光伏電池組件，和支架、 控制器、輸出電纜連接起來，即構(gòu)成一個本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
按本發(fā)明的方法切割硅方錠獲得邊長為234mm、156mm,厚度200 μ m的本發(fā)明的長方形硅片，其單片實(shí)測面積為36490mm2，消耗相同的硅方錠粘結(jié)固定時間和切割裝載、卸載時間，較現(xiàn)有的邊長為156_的方形硅片，多產(chǎn)出硅片面積50%。同時，按單位硅片面積計(jì)算的硅片分選、電池片制造速度也得到明顯提高。
根據(jù)本發(fā)明的硅片方案制造的220*110*0. 16mm超薄硅片，較同樣面積的 156*156*0. 18mm普通硅片，每公斤硅方錠可多產(chǎn)出3. 3片，產(chǎn)出提高6. 3%，顯著降低了硅片成本，并因而降低了本發(fā)明的晶硅電池片和太陽能發(fā)電裝置的成本。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，長方形的硅片的長短邊長之比，如果低于1. 1，則其降低成本的效果不明顯；如果高于4，會導(dǎo)致制造加工過程中不方便操作并易于遭受機(jī)械損傷；而比值1.5+/-0. 05和2. 0+/-0. 05最適合硅片、電池片的加工操作和有最佳的外觀效果；比值1.45 2. 55處于優(yōu)選范圍。
本發(fā)明所述的晶體硅片和電池片，包括含各種摻雜劑的晶體硅片和電池片，例如含有基于電池片性能基礎(chǔ)所需要的P型摻雜劑硼、鎵或N型摻雜劑磷、銻的硅片和電池片， 含有性能改良劑例如鍺的晶體硅片、電池片。其中，摻雜劑含量一般不超過49 %，例如，含鍺約30%的晶體硅片和由此硅片制成的電池片。
本發(fā)明使用的硅片具有半導(dǎo)體性質(zhì)，并利用其半導(dǎo)體性質(zhì)制成摻雜的晶體硅片， 用于制作太陽能電池片。具有同樣半導(dǎo)體性質(zhì)的鍺、砷化鎵、碳化硅合金等也可適用本發(fā)明。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，在不偏離本發(fā)明的范圍或構(gòu)思的情況下，可以對所披露的結(jié)構(gòu)和方法做出各種修改和變形。
本發(fā)明的說明書和實(shí)施方案只是示例性的，考慮到說明書以及實(shí)踐本文中披露的發(fā)明精神，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以顯而易見本發(fā)明的其他實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種太陽能晶體硅片，具有主體為長方形的輪廓，本發(fā)明的特征是，構(gòu)成硅片所述的長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1.1 4之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的晶體硅片，其特征是，所述的長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1. 45 2. 55之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 2所述的晶體硅片，其特征是，硅片的長邊所在的相對兩側(cè)近邊緣處厚度之差(TTV)小于15um。
4.一種晶體硅太陽能電池片，具有主體為長方形的輪廓，本發(fā)明的特征是，構(gòu)成所述的電池片長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1.1 4之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池片，其特征是，所述的電池片的長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1. 45 2. 55之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4 5所述的太陽能電池片，其特征是，構(gòu)成電池片的硅片的長邊所在的相對兩側(cè)近邊緣處厚度差小于15um。
7.制造具有長方形主體輪廓的晶體硅片的方法，其特征是，以四棱柱形的晶體硅方錠與長軸平行方向的較窄的側(cè)面的至少部分表面作為固定接觸面將硅方錠固定在工裝上，沿垂直于長軸的方向?qū)⑼薹藉V切割成娃片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，將所述的硅方錠的作為固定接觸面的較窄的側(cè)面斜對側(cè)的側(cè)面的至少部分表面也作為接觸面貼緊或固定在工裝上。
9.一種太陽能發(fā)電裝置，包含至少一個具有長方形輪廓的太陽能電池片、封裝該太陽能電池片的底板和透光的面板、收集電池片產(chǎn)生的電流的輸出端子，其特征是，構(gòu)成所述的電池片長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1.1 4之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種太陽能發(fā)電裝置，其特征是，所述的太陽能電池片的長方形輪廓的長邊與短邊邊長之比在1. 45 2. 55之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及以晶體硅或鑄造晶體硅或硅合金為主體的太陽能電池片和晶體硅片及太陽能發(fā)電裝置。鑄造晶體硅片或一些非鑄造的晶體硅片通常用來制作晶體硅太陽能電池片，而晶體硅太陽能電池片用來制作太陽能發(fā)電裝置。本發(fā)明提出了幾何形狀改進(jìn)的鑄造和非鑄造晶體硅片、鑄造晶體硅太陽能電池片和及其制成的太陽能發(fā)電裝置，較現(xiàn)有的硅片、電池片和太陽能發(fā)電裝置，具有更低的制造成本和更高的產(chǎn)出能力。
文檔編號H01L31/0352GK103022179SQ201110304519
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者趙鈞永 申請人:趙鈞永