[发明专利]一种提高硅片抗碎裂性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域。特别涉及太阳电池用硅片的生产和改性处理。

技术背景

太阳能光伏电力85%以上基于晶体硅片太阳电池，其中50％以上为多晶硅片太阳电池。所需的多晶硅片由定向凝固的多晶硅铸锭切割得到。目前工业上有两种硅片切割技术：碳化硅磨料砂浆配合钢丝切割（以下简称砂浆切割）与固结金刚石钢丝锯切割（以下简称金刚石切割）。硅片的厚度为0.16～0.22 mm，随技术发展总体趋势是逐渐减薄。光伏产业中普遍存在硅片碎裂损耗问题，特别是多晶硅片。根据业界一般反映，砂浆切割硅片单晶硅片的碎片率一般为0.3~1.0%，多晶硅片则达到1.5~4.5%。我们采用三力弯折法对两种硅片的弯折断裂应变进行了测量统计，发现单晶硅片弯折断裂应变平均为0.15%，而多晶硅片则为0.11％。可以看到硅片弯折断裂应变对其碎片率有很显著的影响。

金刚石切割硅片的生产应用目前才刚开始，虽然业界尚未得出其碎片率水平数据，但已有的弯折断裂测试显示，金刚石切割多晶硅片在垂直于切割线方向上的弯折断裂应变平均为0.065％，明显低于砂浆切割多晶硅片（0.11％），其碎片率水平将会更高；金刚石切割单晶硅片在垂直于切割线方向上也存在类似问题。金刚石切割硅片技术由于其高效、环保、硅片表面损伤小的优势可望大范围推广应用，但碎片率偏高可能制约其发展，因而提高其抗碎裂性能尤为重要。。

太阳电池用迄今为止，相关硅片生产企业和太阳电池生长企业不断努力通过有关管理环节降低硅片碎片率，但尚未见有任何主动改善提高硅片抗碎裂性能的技术报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种较低成本的提高硅片抗碎裂性能的方法，特别是提高金刚石切割硅片抗碎裂性能的方法。

本发明所述的提高硅片抗碎裂性能的方法，是通过以下技术方案实现的。

将硅片置于氩气或氮气气氛中，加热到300～900℃，保温0.2～4小时，然后，以低于7 ℃/min的速率将硅片冷却至室温出炉。

上述过程中，在300～<600℃的条件下，也可将硅片置于空气气氛中。

本发明基于对于热处理对硅片断裂应变的影响的大量系统实验研究提出。研究发现，不仅在900℃以上高温，在低至300℃的较大温度范围内对硅片加热保温并缓慢冷却，都能使硅片的断裂应变有明显提高，特别是对金刚石切割硅片，在其垂直于切割线方向上效果十分显著；研究还显示，在900℃以上提高热处理温度，并不会带来更好的处理效果。图1示出两种硅片在900℃下热处理实验结果；图2示出一系列温度下对金刚石切割多晶硅硅片的热处理实验结果。

本发明技术效果是：经本发明方法处理后，硅片的弯折断裂应变明显提高。提高的程度以金刚石切割硅片较砂浆切割硅片为大；以垂直于切割线方向较平行于切割线方向为大。对金刚石切割的多晶硅片，在垂直于切割线方向上，经本发明处理其弯折断裂应变可提高90％以上。

硅片弯折断裂应变提高的结果，将使其抗碎裂性能提高，使硅片后续处理及太阳电池制作过程中碎片率降低，最终降低太阳电池生产成本。

附图说明

图1为本发明两种硅片在900℃下热处理实验结果。 900℃ / 2小时氩气中处理前后各种硅片在平行于切割线方向及垂直于切割线方向上的弯折断裂应变（ε_c ,采用三点弯折方法测量）。

图2为本发明不同温度下对金刚石切割硅片的热处理实验结果。不同温度下2小时处理前后金刚石切割硅片在垂直于切割线方向上的弯折断裂应变（ε_c ,采用三点弯折方法测量）。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。本发明包括但不限于下列实施例。

实施例1。

取砂浆切割多晶硅片，用激光划片机划割成78 x 8 mm²尺寸条状试片；其长条方向分别沿硅片切割线方向和垂直于硅片切割线方向，各20片；试片划割边沿均以600号碳化硅砂纸沿长条方向打磨去刺。每种试片取10片在900℃下氩气中保温2小时，之后随炉冷却，过程中保证冷却速率低于7 ℃/min。将各种硅片逐一进行三点弯折实验，测得其断裂应变，并取平均值，结果如表1所示。所作热处理使砂浆切割多晶硅片在两个方向上的断裂应变都有显著提高。

 表1 砂浆切割多晶硅片经900℃氩气中2小时处理前后断裂应变值（x10^-3）