專利名稱：一種提高硅片抗碎裂性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏材料技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及太陽電池用硅片的生產(chǎn)和改性處理。
背景技術(shù)：
太陽能光伏電力85%以上基于晶體娃片太陽電池,其中50%以上為多晶娃片太陽電池。所需的多晶硅片由定向凝固的多晶硅鑄錠切割得到。目前工業(yè)上有兩種硅片切割技術(shù)碳化硅磨料砂漿配合鋼絲切割(以下簡稱砂漿切割)與固結(jié)金剛石鋼絲鋸切割(以下簡稱金剛石切割)。硅片的厚度為O. 16 O. 22 _，隨技術(shù)發(fā)展總體趨勢是逐漸減薄。光伏產(chǎn)業(yè)中普遍存在硅片碎裂損耗問題，特別是多晶硅片。根據(jù)業(yè)界一般反映，砂漿切割硅片單晶硅片的碎片率一般為O. 3^1. 0%，多晶硅片則達到I. 5^4. 5%。我們采用三力彎折法對兩種硅片的彎折斷裂應(yīng)變進行了測量統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)單晶硅片彎折斷裂應(yīng)變平均為O. 15%，而多晶硅片則為O. 11%?？梢钥吹焦杵瑥澱蹟嗔褢?yīng)變對其碎片率有很顯著的影響。 金剛石切割硅片的生產(chǎn)應(yīng)用目前才剛開始，雖然業(yè)界尚未得出其碎片率水平數(shù)據(jù)，但已有的彎折斷裂測試顯示，金剛石切割多晶硅片在垂直于切割線方向上的彎折斷裂應(yīng)變平均為O. 065%，明顯低于砂漿切割多晶硅片(O. 11%)，其碎片率水平將會更高；金剛石切割單晶硅片在垂直于切割線方向上也存在類似問題。金剛石切割硅片技術(shù)由于其高效、環(huán)保、硅片表面損傷小的優(yōu)勢可望大范圍推廣應(yīng)用，但碎片率偏高可能制約其發(fā)展，因而提高其抗碎裂性能尤為重要。。太陽電池用迄今為止，相關(guān)硅片生產(chǎn)企業(yè)和太陽電池生長企業(yè)不斷努力通過有關(guān)管理環(huán)節(jié)降低硅片碎片率，但尚未見有任何主動改善提高硅片抗碎裂性能的技術(shù)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種較低成本的提高硅片抗碎裂性能的方法，特別是提高金剛石切割硅片抗碎裂性能的方法。本發(fā)明所述的提高硅片抗碎裂性能的方法，是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。將娃片置于IS氣或氮氣氣氛中，加熱到300 900°C,保溫O. 2 4小時,然后，以低于7 0C /min的速率將硅片冷卻至室溫出爐。上述過程中，在300 <600°C的條件下，也可將硅片置于空氣氣氛中。本發(fā)明基于對于熱處理對硅片斷裂應(yīng)變的影響的大量系統(tǒng)實驗研究提出。研究發(fā)現(xiàn)，不僅在900°C以上高溫，在低至300°C的較大溫度范圍內(nèi)對硅片加熱保溫并緩慢冷卻，都能使硅片的斷裂應(yīng)變有明顯提高，特別是對金剛石切割硅片，在其垂直于切割線方向上效果十分顯著；研究還顯示，在900°C以上提高熱處理溫度，并不會帶來更好的處理效果。圖I示出兩種硅片在900°C下熱處理實驗結(jié)果；圖2示出一系列溫度下對金剛石切割多晶娃娃片的熱處理實驗結(jié)果。本發(fā)明技術(shù)效果是經(jīng)本發(fā)明方法處理后，硅片的彎折斷裂應(yīng)變明顯提高。提高的程度以金剛石切割硅片較砂漿切割硅片為大；以垂直于切割線方向較平行于切割線方向為大。對金剛石切割的多晶硅片，在垂直于切割線方向上，經(jīng)本發(fā)明處理其彎折斷裂應(yīng)變可提高90%以上。硅片彎折斷裂應(yīng)變提高的結(jié)果，將使其抗碎裂性能提高，使硅片后續(xù)處理及太陽電池制作過程中碎片率降低，最終降低太陽電池生產(chǎn)成本。


圖I為本發(fā)明兩種硅片在900°C下熱處理實驗結(jié)果。900°C / 2小時氬氣中處理前后各種硅片在平行于切割線方向及垂直于切割線方向上的彎折斷裂應(yīng)變(ε。，采用三點彎折方法測量)。圖2為本發(fā)明不同溫度下對金剛石切割硅片的熱處理實驗結(jié)果。不同溫度下2小時處理前后金剛石切割硅片在垂直于切割線方向上的彎折斷裂應(yīng)變(ε。，采用三點彎折 方法測量)。
具體實施例方式本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。本發(fā)明包括但不限于下列實施例。實施例I。取砂漿切割多晶硅片，用激光劃片機劃割成78 X 8 mm2尺寸條狀試片；其長條方向分別沿硅片切割線方向和垂直于硅片切割線方向，各20片；試片劃割邊沿均以600號碳化硅砂紙沿長條方向打磨去刺。每種試片取10片在900°C下氬氣中保溫2小時，之后隨爐冷卻，過程中保證冷卻速率低于7 °C/min。將各種硅片逐一進行三點彎折實驗，測得其斷裂應(yīng)變，并取平均值，結(jié)果如表I所示。所作熱處理使砂漿切割多晶硅片在兩個方向上的斷裂應(yīng)變都有顯著提高。表I砂漿切割多晶硅片經(jīng)900°C氬氣中2小時處理前后斷裂應(yīng)變值(χ10_3)
I平行于切割線I垂直于切割線_
處理前 I. 33_I. 10_
處理啟~ I. 71I. 66
增加 |29%151%—
實施例2。取金剛石切割多晶硅片，用激光劃片機劃割成78 X 8 mm2尺寸條狀試片；其長條方向分別沿硅片切割線方向和垂直于硅片切割線方向，各20片；試片劃割邊沿均以600號碳化硅砂紙沿長條方向打磨去刺。每種試片取10片在600°C下氬氣中保溫2小時，之后隨爐冷卻，過程中保證冷卻速率低于7 °C/min。將各種硅片逐一進行三點彎折實驗，測得其斷裂應(yīng)變，并取平均值，結(jié)果如表2所示。所作熱處理使金剛石切割多晶硅片在兩個方向上的斷裂應(yīng)變都有顯著提高。表2金剛石切割多晶硅片經(jīng)600°C氬氣中2小時處理前后斷裂應(yīng)變平均值(χ10_3)
I平行于切割線I垂直于切割線_
處理前 I. 50_O. 65_
處理啟~ 2. POI. 27
增加 |33%|95%—
實施例3。
取金剛石切割多晶硅片，用激光劃片機劃割成78 X 8 mm2尺寸條狀試片；其長條方向分別沿硅片切割線方向和垂直于硅片切割線方向，各10片；試片劃割邊沿均以600號碳化硅砂紙沿長條方向打磨去刺。每種試片在300°C下空氣中保溫2小時，之后隨爐冷卻。將各種硅片逐一進行三點彎折實驗，測得其斷裂應(yīng)變，并取平均值，結(jié)果如表3所示?？梢钥吹剑鳠崽幚硎菇饎偸懈疃嗑Ч杵趦蓚€方向上的斷裂應(yīng)變都有可觀提高。表3金剛石切割多晶硅片經(jīng)300°C空氣中2小時處理前后斷裂應(yīng)變平均值(χ10_3)
權(quán)利要求
1.一種提高硅片抗碎裂性能的方法，其特征是將硅片置于氬氣或氮氣氣氛中，加熱到300 900°C，保溫0. 2 4小時，然后，以低于7 V /min的速率將硅片冷卻至室溫出爐。
2.一種提高硅片抗碎裂性能的方法，其特征是將硅片置于空氣氣氛中，加熱到300 <600°C，保溫0. 2 4小時，然后，以低于7 V /min的速率將硅片冷卻至室溫出爐。
全文摘要
一種提高硅片抗碎裂性能的方法，屬于光伏材料技術(shù)領(lǐng)域。其特征是將硅片置于氬氣或氮氣氣氛中，加熱到300～900℃，保溫0.2～4小時，然后，以低于7℃/min的速率將硅片冷卻至室溫出爐。本發(fā)明操作簡單，成本低，可極大地提高硅片抗碎裂性能，特別是提高金剛石切割硅片抗碎裂性能，其彎折斷裂應(yīng)變可提高90％以上。同時明顯提高多晶硅片少子壽命。使硅片后續(xù)處理及太陽電池制作過程中碎片率降低，最終降低太陽電池生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L31/18GK102969395SQ20121042684
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者周浪, 孟虹辰 申請人:南昌大學(xué)