一种具有双波形结构的金刚石线及其制备方法与流程

本发明涉及光伏材料加工技术领域，具体涉及一种具有双波形结构的金刚石线及其制备方法。

背景技术：

随着晶体硅应用的日益广泛，对其切割要求也越来越高。目前，对晶体硅切割的方式主要包括以下两种：

(1)砂浆切割(自由磨料线锯切片)；其所采用的切割线为通过热轧工艺制成的表面光滑的钢线，该切割方式通过钢线吸附砂浆从而带动sic作高速切割运动，sic刃料切割硅片的同时，其游离的砂浆也会挤压硅片表面并对表面造成切割损害，即形成较均匀的损伤层。该类硅片依靠表面损伤层结构在常规酸制绒工艺(硝酸/氢氟酸体系)中形成均匀的绒面结构，较好地适应后端的电池工艺。如图1所示。图1为钢线外观图、切割方式产生的硅片外观及常规酸制绒效果；但砂浆切割方式的缺点是切割效率较慢，相应硅片加工成本较高；

(2)金刚石线切割；目前金刚石线切割技术中所采用的切割线表观上为纵向直钢线，钢线表面通过电镀或树脂结合剂粘结的方式粘附有高硬度的金刚石磨粒，该切割方式依靠金刚石颗粒对硅块进行高速切割，能实现切割效率的大幅提升，从而能有效降低硅片加工成本。但金刚石线切割与砂浆切割方式不同的是，往复式金刚石线切割是基于固结在锯丝上的磨料(金刚石)与工件材料之间的二体磨损原理，即磨粒不会游离。再加上金刚石线往复式切割硅片造成硅片密集线痕，且据文献报道其线痕处为非晶硅层，这导致该类方式切割的多晶硅片无法适应电池端的常规酸制绒工艺(硝酸/氢氟酸体系)，影响其规模化应用。如图2所示，图2为金刚石线外观图、切割方式产生的硅片外观及常规酸制绒效果。

因此，有必要提供一种新的金刚石线及其切割方式。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种具有双波形结构的金刚石线及其制备方法。本发明金刚石线具有双波形立体结构，切割性能较好，可使切割硅片表面形成更加均匀的损伤层结构。

本发明第一方面提供了一种具有双波形结构的金刚石线，包括具有双波形结构的金属基线和设置在所述金属基线表面的金刚石颗粒，所述具有双波形结构的金属基线设有第一波形结构和第二波形结构，所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面相异。

其中，所述第一波形结构和/或所述第二波形结构呈周期性变化。

其中，所述第一波形结构与所述第二波形结构的波形、波高和波距均相同。

其中，所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面夹角为30°-120°。

其中，所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面垂直。

其中，在垂直于所述具有双波形结构的金刚石线长度方向上，所述金刚石线切割过程中旋转形成的轨迹的等效横截面为近圆形。

其中，所述第一波形结构的波高为0.1-0.2mm，波距为3.0-4.0mm；所述第二波形结构的波高为0.1-0.2mm，波距为3.0-4.0mm。

本发明第一方面提供的双波形结构的金刚石线，切割过程中金刚石线会旋转，由于具有双波形立体结构，切割后硅片表面的平整性较好，可使切割硅片表面形成更加均匀的损伤层结构，可更好地兼容现有酸制绒工艺(hf-hno3-h2o混合酸溶液)，形成均匀的绒面结构。

本发明第二方面提供了一种具有双波形结构的金刚石线的制备方法，包括：

提供平直的金属基线，在所述金属基线表面设置金刚石颗粒，得到直的金刚石线，对所述直的金刚石线进行第一次压制，得到第一波形结构，然后对金刚石线进行第二次压制，得到第二波形结构，最终得到具有双波形结构的金刚石线；或

提供平直的金属基线，对所述金属基线上进行第一次压制，得到第一波形结构，然后对金属基线进行第二次压制，得到第二波形结构，得到具有双波形结构的金属基线，最后在所述具有双波形结构的金属基线表面设置金刚石颗粒，得到具有双波形结构的金刚石线；

所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面相异。

其中，所述压制的操作具体包括：

提供变形器，所述变形器包括在第一平面转动的第一对齿轮和在第二平面转动的第二对齿轮，所述第一对齿轮相互啮合组成第一齿轮副；所述第二对齿轮相互啮合组成第二齿轮副；所述第一平面与所述第二平面相异；

将直的金刚石线或将平直的金属基线通过所述第一齿轮副的啮合间隙进行第一次压制，得到第一波形结构，然后继续通过所述第二齿轮副的啮合间隙进行第二次压制，得到第二波形结构。

其中，所述第一平面与所述第二平面垂直。

本发明第二方面提供的双波形结构的金刚石线的制备方法，简单易操作。

综上，本发明有益效果包括以下几个方面：

1、本发明提供的所述具有双波形结构的金刚石线，切割过程中，硅片表面的平整性较好，可使切割硅片表面形成更加均匀的损伤层结构，可更好地兼容现有酸制绒工艺，形成均匀的绒面结构；

2、本发明提供的具有双波形结构的金刚石线的制备方法，简单易操作。

附图说明

图1为现有砂浆切割用钢线外观图(a)、切割方式产生的硅片外观(b)及常规酸制绒效果(c)；

图2为现有金刚石线切割用金刚石线外观图(d)、切割方式产生的硅片外观(e)及常规酸制绒效果(f)；

图3为本发明实施方式提供的具有双波形结构的金刚石线的结构示意图；

图4为本发明实施方式提供的具有双波形结构的金刚石线的制备流程图。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

本发明实施方式第一方面提供了一种具有双波形结构的金刚石线，包括具有双波形结构的金属基线和设置在所述金属基线表面的金刚石颗粒，所述具有双波形结构的金属基线设有第一波形结构和第二波形结构，所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面相异。

本发明实施方式中，所述金属基线可为钢线、不锈钢线、钨钼线、钼线和黄铜线中的至少一种。可选地，所述金属基线的直径为0.05mm-0.2mm。

本发明实施方式中，所述第一波形结构和所述第二波形结构所在的平面相异，即所述第一波形结构和所述第二波形结构所在的平面不是同一个平面。可选地，所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面夹角为30°-120°。进一步可选地，所述第一波形结构和所述第二波形结构所在的平面垂直。如图3所示，所述具有双波形结构的金刚石线在基准面2上具有第一波形结构，在基准面1上具有第二波形结构，所述基准面1与所述基准面2垂直。

本发明实施方式中，第一波形结构中波形的波高为0.1-0.2mm，波距为3.0-4.0mm；所述第二波形结构中波形的波高为0.1-0.2mm，波距为3.0-4.0mm。可选地，所述波形的形状为u形、v形中的一种。

本发明实施方式中，所述第一波形结构和/或所述第二波形结构呈周期性变化。可选地，所述第一波形结构和所述第二波形结构的波形、波高和波距可以相同也可以不相同。进一步可选地，所述第一波形结构与第二波形结构的波形、波高和波距均相同。进一步可选地，所述第一波形结构和所述第二波形结构所在的平面垂直且所述第一波形结构与所述第二波形结构的波形、波高和波距均相同。可选地，在垂直于所述具有双波形结构的金刚石线长度方向上，所述金刚石线切割过程中旋转形成的轨迹的等效横截面为近圆形。在切割过程中，金刚石线会旋转，旋转形成的轨迹的等效横截面为近圆形。切割后，由于硅片厚度＝导轮槽距-金刚线石直径(或波形结构金刚石线旋转过程中形成的等效直径)，其中导轮槽距是固定的，要使硅片平整，波形结构金刚线的等效直径应该也是一致的，而由于波形结构金刚线在切割过程中会转动，转动过程中形成的轨迹在垂直于所述金刚石线长度方向的横截面为近圆形，在转动过程中等效直径才会趋于一致，从而使硅片平整，最终得到的电池效率较高。而单波形结构的金刚石线(即只具有第一波形结构或只具有第二波形结构的金刚石线)切割过程中旋转形成的轨迹在垂直于其长度方向的等效横截面为椭圆形，在转动过程中的等效直径有时就是单根金刚石线的直径，有时等效直径又是波峰到波谷的距离，这样硅片的厚度变化较大，切割得到的硅片表面不平整，影响最终的电池效率。

本发明实施方式中，所述金刚石颗粒的粒径为6μm-12μm。

本发明实施方式中，所述金刚石颗粒通过电镀或树脂结合剂粘结的方式将金刚石颗粒设置在所述金属基线的表面。

本发明第一方面提供的具有双波形结构的金刚石线，通过将金属基线制成双波形立体结构，即金属基线表现为长程有序的双波形结构，且两种波形所在平面相异，即成立体结构。通过将双波形结构金刚石线应用于硅片切割，在高速切割过程中，波形结构金刚石线的空间结构凹陷处可将切割废硅屑更有效地排出，从而使切割过程更加连续，即实现近似连续切割，减少钢线对硅片同一位置处持续挤压形成非晶硅层；同时双波形立体结构的金刚石线相对直金刚石线在切割过程中更易在硅片表面滚动，更多地呈现类似砂浆切割的“游离切割”，从而更易在硅片表面造成切割损伤层。相对于直的金刚石线，波形结构增强了排屑能力，其实际切割能力增强，因此切割速度会更快，即切割效率提高。本发明具有双波形结构的金刚石线相切割过程中金刚石线会旋转，硅片表面的平整性较好，可使切割硅片表面形成更加均匀的损伤层结构，可更好地兼容现有酸制绒工艺(hf-hno3-h2o混合酸溶液)，形成均匀的绒面结构。

本发明实施方式第二方面提供了一种具有双波形结构的金刚石线的制备方法，包括：

提供平直的金属基线，在所述金属基线表面设置金刚石颗粒，得到直的金刚石线，对所述直的金刚石线进行第一次压制，得到第一波形结构，然后对金刚石线进行第二次压制，得到第二波形结构，最终得到具有双波形结构的金刚石线；或

提供平直的金属基线，对所述金属基线上进行第一次压制，得到第一波形结构，然后对金属基线进行第二次压制，得到第二波形结构，得到具有双波形结构的金属基线，最后在所述具有双波形结构的金属基线表面设置金刚石颗粒，得到具有双波形结构的金刚石线；

所述第一波形结构与所述第二波形结构所在的平面相异。

本发明实施方式中，可以先对平直的金属基线进行压制得到具有双波形结构的金属基线，然后在所述具有双波形结构的金属基线表面设置金刚石颗粒，得到具有双波形结构的金刚石线；或者，先提供直的金刚石线，在对直的金刚石线进行压制得到具有双波形结构的金刚石线。可以理解的是，第二次压制对第一压制得到的第一波形结构的波距可能会有一些影响，但影响不大。

本发明实施方式中，所述压制的操作具体包括：

如图4所示，提供变形器，所述变形器包括在第一平面转动的第一对齿轮1(箭头代表转动方向)和在第二平面转动的第二对齿轮2(箭头表示转动方向)，所述第一对齿轮相互啮合组成第一齿轮副；所述第二对齿轮相互啮合组成第二齿轮副；所述第一平面与所述第二平面相异；

将直的金刚石线或将平直的金属基线通过所述第一齿轮副的啮合间隙进行第一次压制，得到第一波形结构，然后继续通过所述第二齿轮副的啮合间隙进行第二次压制，得到第二波形结构。

本发明实施方式中，从图4中可以看出，变形前的直的金刚石线或将平直的金属基线通过所述第一齿轮副的啮合间隙进行第一次压制，进行了第一次变形，得到了第一波形结构，然后继续通过所述第二齿轮副的啮合间隙进行第二次压制，进行了第二次变形，得到第二波形结构。

本发明实施方式中，所述第一平面和所述第二平面垂直。

本发明实施方式中，通过调整变形器中一对齿轮的间距(齿隙)来控制波距，通过调整齿轮的尺寸来控制波高。可选地，在两次压制过程中，通过调整变形器中齿轮的间距和尺寸使得第一波形结构和第二波形结构的波形、波距和波高均相同。

本发明实施方式中，通过变形器压制所需的波形结构，操作简单方便，压制出的波形均匀，波形大小符合工艺要求。

本发明实施方式中，在所述金属基线表面设置金刚石颗粒的操作具体包括：通过电镀或树脂结合剂粘结的方式将金刚石颗粒设置在所述金属基线的表面。其中，电镀的方法为先在金属基线上沉积一层金属(一般为镍和镍钴合金)，然后在金属内固结金刚石磨料。树脂结合剂粘结的方式为利用树脂作为结合剂将金刚石磨料固结在金属基线上。电镀或树脂结合剂粘结的方式为常规操作，在此不再赘述。

本发明第二方面提供的双波形结构的金刚石线的制备方法，简单易操作，制得的双波形结构的金刚石线，切割过程中，硅片表面的平整性较好，可使切割硅片表面形成更加均匀的损伤层结构。

实施例1：

一种具有双波形结构的金刚石线，包括具有双波形结构的金属基线和设置在金属基线表面的金刚石颗粒，具有双波形结构的金属基线设有第一波形结构和第二波形结构，第一波形结构所在的平面和第二波形结构所在的平面垂直，金属基线的直径为0.05mm，金刚石颗粒的粒径为6μm，第一波形结构的波高为0.1mm、波距为3.0mm，第二波形结构的波高为0.1mm、波距为3.0mm，第一波形结构和第二波形结构的波形相同。

一种具有双波形结构的金刚石线的制备方法，包括：

提供变形器，变形器包括在第一平面转动的第一对齿轮和在第二平面转动的第二对齿轮，第一对齿轮相互啮合组成第一齿轮副；第二对齿轮相互啮合组成第二齿轮副；第一平面与第二平面垂直；

提供平直的金属基线，将平直的金属基线通过第一齿轮副的啮合间隙进行第一次压制，得到第一波形结构，然后继续通过第二齿轮副的啮合间隙进行第二次压制，得到第二波形结构。

实施例2：

一种具有双波形结构的金刚石线，包括具有双波形结构的金属基线和设置在金属基线表面的金刚石颗粒，具有双波形结构的金属基线设有第一波形结构和第二波形结构，第一波形结构所在的平面和第二波形结构所在的平面垂直，金属基线的直径为0.2mm，金刚石颗粒的粒径为12μm，第一波形结构的波高为0.2mm、波距为4.0mm，第二波形结构的波高为0.2mm、波距为4.0mm，第一波形结构和第二波形结构的波形相同。

一种具有双波形结构的金刚石线的制备方法，包括：

提供变形器，变形器包括在第一平面转动的第一对齿轮和在第二平面转动的第二对齿轮，第一对齿轮相互啮合组成第一齿轮副；第二对齿轮相互啮合组成第二齿轮副；第一平面与第二平面垂直；

提供平直的金属基线，将平直的金属基线通过第一齿轮副的啮合间隙进行第一次压制，得到第一波形结构，然后继续通过第二齿轮副的啮合间隙进行第二次压制，得到第二波形结构。

实施例3：

一种具有双波形结构的金刚石线，包括具有双波形结构的金属基线和设置在金属基线表面的金刚石颗粒，具有双波形结构的金属基线设有第一波形结构和第二波形结构，第一波形结构所在的平面和第二波形结构所在的平面垂直，金属基线的直径为0.1mm，金刚石颗粒的粒径为8μm，第一波形结构的波高为0.15mm、波距为3.5mm，第二波形结构的波高为0.15mm、波距为3.5mm，第一波形结构和第二波形结构的波形相同。

一种具有双波形结构的金刚石线的制备方法，包括：

提供变形器，变形器包括在第一平面转动的第一对齿轮和在第二平面转动的第二对齿轮，第一对齿轮相互啮合组成第一齿轮副；第二对齿轮相互啮合组成第二齿轮副；第一平面与第二平面垂直；

提供平直的金属基线，将平直的金属基线通过第一齿轮副的啮合间隙进行第一次压制，得到第一波形结构，然后继续通过第二齿轮副的啮合间隙进行第二次压制，得到第二波形结构。

效果实施例

为了验证本发明的有益效果，本发明还设置了效果实施例。

本发明将实施例1得到的双波形金刚石线与第一次压制后得到的仅有第一波形结构的单波形金刚石线和未进行压制的直的金刚石线进行切割试验，切割过程中设置的试验参数相同，对三种金刚石线切割后的硅片厚度变化量、酸(hf-hno3-h2o)制绒后反射率和电池效率进行对比，对比结果如下表1所示。

表1

从上表1中可以看出，相对于单波形结构，本发明的双波形结构金刚石线切割后的硅片厚度变化量仅为5.5μm，而单波形结构金刚石线切割后的硅片厚度变化量为10μm，实际上单波形结构金刚石线无法切出表面平整的硅片，因为单波形结构金刚石线实际上是无法让它不发生转动，这就会造成金刚线的直径有时就是单根金刚石线的直径，有时等效直径又是金刚石线波峰到波谷的距离，这样得到的硅片厚度变化量较大。虽然单波形结构的金刚石线切割后得到的硅片的酸(hf-hno3-h2o)制绒后反射率比直的金刚石线要小，但由于其硅片厚度变化量较大，硅片厚薄不均，影响后续的印刷电路工艺，最终得到的电池效率反而较小。本发明制得的电池效率最高，这是因为本发明切割后得到的硅片厚度变化量较小，酸(hf-hno3-h2o)制绒后反射率较低，最终得到的电池效率最高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。