本發(fā)明涉及光伏領(lǐng)域，特別是涉及一種硅片及其制備方法及裝置。

背景技術(shù)：

目前，硅晶體線切割一般都是采用游離磨料線切割，即切割鋼絲攜帶砂漿高速運(yùn)動(dòng)，砂漿中的游離磨料在切割鋼絲的壓力和速度的帶動(dòng)下，對(duì)硅材料進(jìn)行研磨型加工，從而實(shí)現(xiàn)硅晶體切割。該過程中切割鋼絲本身不參與切割，由于砂漿中的游離磨料與硅材料的實(shí)際接觸面積較小，因此對(duì)加工材料的去除率較低，加工時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。另外，切割后的硅片表面損傷較大、側(cè)面崩邊大且多，造成硅片質(zhì)量下降。還有就是，上述技術(shù)還需復(fù)雜設(shè)備回收磨料和切割液；切割后的硅片表面有碳化硅、切割液、金屬離子，造成后續(xù)清洗麻煩。

為了克服上述缺點(diǎn)，金剛線切割硅片技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的游離磨料線切割技術(shù)。但是，目前金剛線切割技術(shù)切割得到的硅片，后續(xù)不能采用常規(guī)的酸堿制絨工藝進(jìn)行制絨，若采用常規(guī)的酸堿制絨工藝進(jìn)行制絨，其電池效率不提升反而下降。目前，金剛線切割得到的硅片只能采用等離子反應(yīng)刻蝕(RIE)或金屬催化化學(xué)腐蝕(MCCE)方法來進(jìn)行制絨，但由于上述兩種制絨工藝，設(shè)備投資高或工藝穩(wěn)定性較差而難以推廣。

因此，亟需一種兼容金剛線切割與常規(guī)酸堿制絨工藝的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的金剛線切割與常規(guī)酸堿制絨工藝無法兼容的問題，提供一種采用金剛線切割且后續(xù)可采用常規(guī)酸堿制絨的硅片。

一種硅片，所述硅片的切割面上具有沿第一方向排布的若干切痕圖案；所述切痕圖案由若干線痕彎折連接或交叉連接而成。

上述硅片，由于其切痕圖案由若干線痕彎折連接或交叉連接，在經(jīng)過常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，可以形成有效的陷光結(jié)構(gòu)，從而使金剛線切割工藝與常規(guī)酸堿制絨工藝兼容。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述硅片的切割面上還設(shè)有沿第一方向間隔分布的溝壑；所述溝壑沿第二方向延伸，所述第二方向與所述第一方向垂直；所述溝壑處的線痕平行。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述溝壑的深度為5～50μm；所述溝壑的寬度為0.1～1.5mm。

本發(fā)明還提供了一種硅片的制備方法。

一種硅片的制備方法，包括如下步驟：

將硅晶體用金剛線進(jìn)行線切割；

在所述線切割過程中，使所述金剛線上的金剛砂沿第一方向振動(dòng)，以形成切痕圖案。

上述硅片的制備方法，后續(xù)可以直接采用常規(guī)的酸堿制絨工藝來制絨，使金剛線切割工藝與常規(guī)的酸堿制絨工藝相兼容，進(jìn)而降低了光伏電池的制作成本。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括在所述線切割過程中，使所述金剛線上的金剛砂只沿第二方向移動(dòng)，以形成溝壑。

本發(fā)明還提供了一種硅片線切割裝置。

一種硅片線切割裝置，包括：

兩個(gè)導(dǎo)輪，平行設(shè)置；所述兩個(gè)導(dǎo)輪中的至少一個(gè)為非圓形導(dǎo)輪，所述非圓形導(dǎo)輪的表面各點(diǎn)到所述非圓形導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離的最大差值為a，0<a<1mm；

以及金剛線，張緊于兩個(gè)導(dǎo)輪之間，且在導(dǎo)輪的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。

上述的硅片線切割裝置，由于特殊的導(dǎo)輪設(shè)置，可以使金剛線上的金剛砂在沿第一方向移動(dòng)的同時(shí)，還沿第二方向作振動(dòng)，從而在硅片表面形成本發(fā)明的切痕圖案，使金剛線切割工藝可與常規(guī)的酸堿制絨工藝兼容，進(jìn)而降低了光伏電池的制作成本。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述兩個(gè)導(dǎo)輪均呈正多邊形。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)輪包括呈圓形的基輪、以及可伸縮連接在所述基輪的表面上的若干凸起。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金剛線的金屬基線呈波浪形。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金剛線的金剛砂包括第一金剛砂以及第二金剛砂，所述第一金剛砂與所述第二金剛砂的比例為9:1～1:1。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中金剛線切割的硅片的切割面示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式的硅片的切割面示意圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式的硅片切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式的硅片切割裝置的切割線的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

現(xiàn)有的金剛線切割的硅片，在經(jīng)過常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，其電池效率不提升反而下降。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，參見圖1，現(xiàn)有的金剛線切割的硅片100’，切割形成的多條平行排布的線痕101’，這些線痕101’之間的間距大約為1.6μm，并且在線痕101’之間存在類似鏡面部分的硅片表面。在常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，由于酸堿制絨利用酸堿的腐蝕在晶向上各向異性，加上這些線痕101’平行排布，制絨之后的硅片的切割面反而變得光滑，并沒有形成陷光結(jié)構(gòu)。這也就是金剛線切割與常規(guī)酸堿制絨工藝不兼容的原因。

參見圖2，本發(fā)明一實(shí)施方式的硅片100，由金剛線切割而成，其具有切割面。該切割面上具有若干切痕圖案110。切痕圖案110沿第一方向(也即圖2中的Y方向)周期性排布。切痕圖案110由金剛線在切割過程中的切割線痕組成。

本發(fā)明的切痕圖案110呈“非線性”，也即切痕圖案110由若干線痕彎折連接或交叉連接而成。例如“之”、“互”、“工”、“巫”、“X”形、蠕蟲形等相互續(xù)接而成。本發(fā)明的切痕圖案，在經(jīng)過常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，形成表面規(guī)律變化的陷光結(jié)構(gòu)。

一般地，切痕圖案110的損傷在納米/微米級(jí)，經(jīng)過常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，對(duì)應(yīng)地陷光結(jié)構(gòu)也為納米/微米級(jí)。

為了進(jìn)一步優(yōu)化硅片100的性能，本實(shí)施方式的硅片100，其切割面上還設(shè)有沿第一方向間隔分布的溝壑104；溝壑104溝壑沿第二方向延伸，第二方向?yàn)榕c第一方向垂直的方向(也即第二方向圖2中的X方向)。溝壑104處的線痕平行。

具體地，溝壑104的位置和數(shù)量，根據(jù)光伏電池的主柵線的位置和數(shù)量來設(shè)計(jì)。例如，溝壑的條數(shù)為2條、3條、4條、5條……18條等。

由于溝壑104與主柵線上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，溝壑104處的線痕平行(即與現(xiàn)有的金剛線切割的線痕一樣)，在經(jīng)過常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，變得更加光滑，這樣可以減少降低主柵線下的表面復(fù)合速率和降低主柵線電阻，從而提升光伏電池光電轉(zhuǎn)化效率。

優(yōu)選地，溝壑104的深度為5～50μm；溝壑104的寬度為0.1～1.5mm。

在本實(shí)施方式中，溝壑的個(gè)數(shù)為4條，溝壑的深度為15μm，溝壑的寬度為0.8mm。

當(dāng)然，可以理解的是，在某些情況下，本發(fā)明也可以不設(shè)置溝壑104。

本發(fā)明所提供的硅片，由于其切痕圖案由若干線痕彎折連接或交叉形成，在經(jīng)過常規(guī)的酸堿制絨工藝之后，可以形成有效的陷光結(jié)構(gòu)，從而使金剛線切割工藝與常規(guī)酸堿制絨工藝兼容，進(jìn)而降低了光伏電池的制作成本。

本發(fā)明還提供了一種硅片的制備方法。

一種硅片的制備方法，包括將硅晶體用金剛線進(jìn)行線切割。

其中，金剛線包括金屬基線以及固結(jié)在金屬基線上的金剛砂；在線切割過程中，使金剛砂沿第一方向(圖中的Y方向)振動(dòng)，以形成切痕圖案。

由于金剛砂在沿X方向移動(dòng)的同時(shí)，還沿Y方向振動(dòng)，故而每個(gè)金剛砂在硅片表面所生成的線痕并不是一條沿X方向直線，不同的金剛砂的線痕疊加之后，即形成若干線痕彎折連接或交叉連接的切痕圖案。

為了進(jìn)一步優(yōu)化硅片的性能，在線切割過程中，還包括使金剛砂只沿第二方向移動(dòng)，此時(shí)的線痕為溝壑處的線痕。即在需要形成溝壑時(shí)，在一定的時(shí)間段內(nèi)，只控制金剛砂沿Y方向移動(dòng)。

具體地，溝壑可以通過恒定切割位置重復(fù)切割或恒定切割張力重復(fù)切割的方法來實(shí)現(xiàn)。

上述硅片的制備方法，后續(xù)可以直接采用常規(guī)的酸堿制絨工藝來制絨，使金剛線切割工藝與常規(guī)的酸堿制絨工藝相兼容。另外，本發(fā)明的硅片的制備方法，可適用于單晶和多晶的該效率切割制造。

本發(fā)明還提供了一種用于制備上述硅片的硅片切割裝置。

參見圖3，硅片切割裝置1000包括兩個(gè)導(dǎo)輪310、320，以及金剛線400。

其中，兩個(gè)導(dǎo)輪310、320的主要作用是，將金剛線400張緊，并帶動(dòng)金剛線400基本沿圖中的X方向運(yùn)動(dòng)。具體地，兩個(gè)導(dǎo)輪310、320平行設(shè)置，且間隔一定的距離以便于將硅晶體200放置在兩個(gè)導(dǎo)輪310、320之間。

參見圖4，金剛線400包括金屬基線410以及金剛砂420，金剛砂420固結(jié)在金屬基線410上。金屬基線410的主要作用是，作為金剛砂的載體。金屬基線410基本不產(chǎn)生切割作用，起切割作用的是固結(jié)在金屬基線410上的金剛砂。

在切割過程中，兩個(gè)導(dǎo)輪310、320同步運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)金剛線400高速運(yùn)動(dòng)，從而使金剛砂420高速運(yùn)動(dòng)，對(duì)硅晶體200產(chǎn)生切割。

當(dāng)然，可以理解的是，一般地，硅片切割裝置1000還包括冷卻液噴灑裝置(未示出)以及硅晶體下壓裝置(未示出)等。這些裝置均可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。

在本發(fā)明中，兩個(gè)導(dǎo)輪310、320中的至少一個(gè)為非圓形導(dǎo)輪，即兩個(gè)導(dǎo)輪310、320中的至少一個(gè)呈非圓形。非圓形導(dǎo)輪的表面各點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離的最大差值為a，0<a<1mm。也就是，a為非圓形導(dǎo)輪表面上距離轉(zhuǎn)動(dòng)軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離與非圓形導(dǎo)輪表面上距離轉(zhuǎn)動(dòng)軸最近的點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離的差值。這樣由于各點(diǎn)距離導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離不相同，金剛線在運(yùn)動(dòng)過程中，金剛砂420不僅沿X方向移動(dòng)的同時(shí)，還具有沿Y方向振動(dòng)，且Y方向的振動(dòng)控制在一定的幅度之內(nèi)，從而在硅片的切割面上形成本發(fā)明的切痕圖案，而避免了現(xiàn)有技術(shù)中金剛線切割線痕平行的現(xiàn)象。

更優(yōu)選地，a的取值范圍3～17μm。這樣可以進(jìn)一步提升硅片的性能。

在一優(yōu)選實(shí)施方式中，兩個(gè)導(dǎo)輪均呈正多邊形。當(dāng)然，也可以是只是一個(gè)導(dǎo)輪呈正多邊形。

以下以正三百邊形的導(dǎo)輪來說明本發(fā)明的硅片切割裝置的工作原理。

硅片切割裝置中的兩個(gè)導(dǎo)輪相同，其徑長(zhǎng)為200mm，兩個(gè)導(dǎo)輪之間的間距為400mm。由于導(dǎo)輪為正三百邊形。即正三百邊形中頂點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離為100mm，正三百邊形中邊中點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離為99.995mm。也就是，正三百邊形中頂點(diǎn)與邊中點(diǎn)分別到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離的差值a為5μm。

兩個(gè)導(dǎo)輪通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制，且同步旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)輪帶動(dòng)金剛線以17m/s的X方向運(yùn)動(dòng)。由于正三百邊形中頂點(diǎn)與邊中點(diǎn)分別到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離不同，導(dǎo)致金剛線上的金剛砂在X方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又有周期性的Y方向運(yùn)動(dòng)(即在Y方向上振動(dòng))。

經(jīng)計(jì)算，由于導(dǎo)輪為正三百邊形，即導(dǎo)輪每旋轉(zhuǎn)一圈，有300個(gè)周期的Y方向運(yùn)動(dòng)。由于正三百邊形中頂點(diǎn)與邊中點(diǎn)分別到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離的差值為5μm。也就是說，伴隨著17m/s的X方向運(yùn)動(dòng)，金剛砂在Y方向上的振幅即為5μm。

以硅片寬度為156mm為例，則一個(gè)金剛砂在硅片X方向上每隔約500μm的長(zhǎng)度作一個(gè)振幅為5μm的線痕。通過不同金剛砂的線痕，最終在硅片的表面形成切痕圖案。

當(dāng)然，可以理解的是，導(dǎo)輪并不局限于正多邊形，還可以是其它形狀，例如橢圓形，亦或?qū)л喌膱A周上的部分圓弧段，被一條或多條的直線段、或圓弧段(與被取代的圓弧段曲率不同)、或橢圓弧段、或其他的幾何曲線取代。取代可以是間隔一定距離的均勻取代，亦或無規(guī)律取代。

當(dāng)然，還可以是導(dǎo)輪包括呈圓形的基輪、以及可伸縮連接在基輪表面上的若干凸起。當(dāng)該凸起伸出基輪的圓周面時(shí)，金剛線上的金剛砂在X方向移動(dòng)的同時(shí)，在Y方向振動(dòng)，此時(shí)可形成本發(fā)明的切痕圖案。當(dāng)該凸起縮回至基輪的圓周面內(nèi)時(shí)，此時(shí)導(dǎo)輪恢復(fù)圓周面，金剛線上的金剛砂只在X方向移動(dòng)，此時(shí)可形成溝壑處的線痕。

優(yōu)選地，金屬基線410呈波浪狀，也即“非線性”。本發(fā)明中金屬基線410可以是平面內(nèi)的波浪線，亦可以是三維的空間螺旋波浪線。

采用波浪線設(shè)計(jì)的金屬基線410，可以緩沖X-Y方向的阻礙，便于“自適應(yīng)”繞過硅晶體200上的硬點(diǎn)，有利于提高切割速度，且避免了現(xiàn)有的金剛線切割的硬點(diǎn)斷線問題，從而有利于產(chǎn)出硅片的良率、成本和產(chǎn)能。同時(shí)，波浪線設(shè)計(jì)與本發(fā)明導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)相結(jié)合，使切割運(yùn)動(dòng)空間變換，進(jìn)而形成規(guī)律性的表面損傷和制絨效果，進(jìn)一步提升光伏電池效率。

在本實(shí)施方式中，金屬基線410的波長(zhǎng)為3mm，波谷和波峰之間的高度差為7μm。

優(yōu)選地，金剛砂420在金屬基線410上呈非均勻分布，在金屬基線410的波峰、波谷處同時(shí)或任選其一分布更密。在本實(shí)施方式中，金剛砂420在波峰、波谷處密度更高。

在本實(shí)施方式中，金剛砂420包括第一金剛砂421以及第二金剛砂422，第一金剛砂421與第二金剛砂422為兩種不同規(guī)格的金剛砂。具體地，第一金剛砂421的粒徑小于第二金剛砂422的粒徑。

更優(yōu)選地，第一金剛砂421與第二金剛砂422的比例為9:1～1:1。

上述的硅片線切割裝置，由于特殊的導(dǎo)輪設(shè)置，可以使金剛線上的金剛砂在沿第一方向移動(dòng)的同時(shí)，還沿第二方向作振動(dòng)，從而在硅片表面形成本發(fā)明的切痕圖案，使金剛線切割工藝可與常規(guī)的酸堿制絨工藝兼容，進(jìn)而降低了光伏電池的制作成本。

以上所述實(shí)施方式的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施方式中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。