专利名称：一种单晶棒线开方固定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单晶棒切割过程中用于固定单晶棒的固定装置，尤其涉及单晶棒线开方固定装置。属于太阳能级半导体类单晶硅加工领域。
背景技术：
能源和环境是当今世界广泛关注的两大问题。太阳能作为一种可再生的绿色能源自然成为人们开发和研究的焦点。目前世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。因此，太阳能电池技术得到了快速的发展。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为1、以非晶硅、多晶硅和单晶硅为材料的太阳能电池；2、以III-V族化合物半导体如GaAs、Inp等多元化合物为材料的太阳能电池；
3、以铜铟硒(CuInSe2)为材料生产的太阳能电池；4、以其他材料生产的太阳能电池。太阳·能电池对材料的一般要求是1、半导体的晶带不能太宽；2、要有较高的光电转换效率；3、材料本身对环境不造成污染；4、材料来源广泛，并且材料的性能稳定。综合以上几方面因素考虑，硅材料是最理想的太阳能电池材料。目前硅材料中应用最普遍的是晶体硅材料，包括单晶硅和多晶硅，晶体硅太阳能电池最突出的特点是它的稳定高效性。晶体硅材料的制备方法包括单晶硅的直拉(Czochralski)法和区熔(Floating Zone)法以及多晶娃的定向凝固法(DirectionalSolidification)。定向凝固法可以生产大的多晶娃锭,相对于目前的单晶娃制备方法,其生长工艺过程简单，生产成本低，并且在硅锭开方时可以获得大的方形多晶硅片，降低了下游电池加工过程中的成本。准单晶(Mono Like，又可称为近单晶、类单晶)铸锭技术是基于多晶硅铸锭工艺，在长晶时通过单晶籽晶引晶，获得外观和电性能均类似单晶的准单晶硅片，这种技术的功耗只比普通多晶硅铸锭工艺多5%，所生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。准单晶铸锭技术主要可分为两种(I)无籽晶铸锭。无籽晶引导铸锭工艺对晶核初期成长控制过程要求很高。一种方法是使用底部开槽的坩埚。这种方式的要点是精密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，槽的尺寸以及冷却速度决定了晶粒的尺寸，凹槽有助于增大晶粒。因为需要控制的参数太多，无籽晶铸锭工艺显得尤为困难。(2)有籽晶铸锭。当下量产的准单晶技术大部分为有籽晶铸锭。这种技术先把籽晶、硅料掺杂元素放置在坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部，再加热融化硅料，并保持籽晶不被完全融掉，最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。有籽晶准单晶铸锭工艺的籽晶通常是采用直拉(Czochralski)法或区熔(Floating Zone)法单晶硅制造的圆柱形单晶棒，为了方便在坩埚底部铺设籽晶，通常先将单晶棒切割成片状或块状的籽晶。目前常用的籽晶加工工艺是使用带锯把单晶棒加工成籽晶，首先将常规单晶棒(已用带锯去好边皮)与尼龙托盘进行粘接，单晶棒粘接后需完全固化4小时，并使用聚氨酯泡沫剂，其耗用量为200 350ml/棒；然后将粘接好的单晶棒(边皮已去)上机切割，例如MB-BS801机器进行操作，其切割用锯条的锯缝为I. 80mm ;每刀加工时间为0. 60 0. 75小时/刀，平均加工周期为6 8小时/棒。因此，现有技术中单晶棒切割成籽晶的加工工艺存在如下的缺点I、切割过程中需要使用聚氨酯泡沫,聚氨酯泡沫泡沫剂成本为150 250元/棒，同时废弃的聚氨酯泡沫剂也会污染环境； 2、每根单晶棒可切割10 15刀，切割用锯条成本为20000元/棒，即折合成切割后的每根籽晶大约1333 2000元；3、由于锯条的锯缝为I. 800mm，因此造成单晶棒材料的损耗，大约每根单晶棒材料损耗为3公斤/棒，从而导致籽晶加工成本升高；4、整个切割过程时间长，从而导致切割效率低。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，固定操作便捷且固定效果好的单晶棒线开方固定装置。为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案一种单晶棒线开方固定装置，包括托盘和固定在所述托盘上用于承托所述单晶棒的至少一排底座组；每排所述底座组包括两个或两个以上间隔设置且上表面位于同一水平面的底座，每个所述底座上间隔设有多个相互平行的切割缝；每排所述底座组的底座上的切割缝相互一一对应且分别与沿所述单晶棒的长度方向设置的用于切割所述单晶棒的切割线一一对应；所述单晶棒线开方固定装置还包括与每排所述底座组成排排列且位于每排的两端的用于定位所述单晶棒两端面的挡板，所述挡板由多根间隔设置的挡条构成，相邻两根挡条之间的间隙分别与与其对应的所述底座组是所述底座上的所述切割缝一一对应；每根所述挡条上分别设有穿过所述挡条且与所述单晶棒的长度方向一致的至少一个紧固螺杆；相邻两根所述挡条上的所述紧固螺杆之间具有供所述切割线通过的水平间距。作为优选，所述挡板连接在每排底座组两端的所述底座的外侧端，且构成所述挡板的多根挡条分别连接在所述底座上。作为优选，每个所述底座均由等间距设置的多个金属块构成，相邻两个所述金属块之间形成所述切割缝，位于两端的所述底座的每个所述金属块的外侧分别连接有一根所述挡条。作为优选，构成每个所述底座的金属块的上表面上分别设置尼龙垫，所述尼龙垫与所述金属块的上表面粘接或采用连接件连接。作为优选，构成所述底座的金属块的底部与所述托盘焊接或采用连接件连接。作为优选，每组所述底座组包括三个底座，其中一个底座位于另外两个底座的之间。作为优选，所述挡条的长度为150 300mm,宽度为13 15mm,相邻两根所述挡条的间隙不小于2mm，所述紧固螺杆的直径为12 14mm，且连接在同一所述底座上的相邻两根所述挡条的间隙小于相邻两个所述紧固螺杆的间距。与现有技术相比，本实用新型的单晶棒线开方固定装置至少具有以下有益效果本实用新型的单晶棒线开方固定装置结构简单，对单晶棒的固定容易操作，固定效果牢固。同时固定过程中省去了泡沫剂的使用，因此节省成本的同时也减少了环境污染。
图I为本实用新型的单晶棒线开方固定装置的立体结构示意图；图2为本实用新型的单晶棒线开方固定装置的另一方向的立体结构示意图；图3为本实用新型的单晶棒线开方固定装置中的底座的结构示意图；图4为本实用新型的单晶棒线开方固定装置中的底座、挡条与紧固螺杆的连接关 系结构意图；图5为本实用新型的单晶棒线开方固定装置固定了一根单晶棒的立体结构示意图；图6为图5中A部分的放大图；图7为本实用新型的单晶棒线开方固定装置的另一种立体结构示意图；图8为采用本实用新型的单晶棒线开方固定装置进行线切割后单晶棒的端面结构示意图。附图标记说明I-托盘2-底座21-金属块22-切割缝3-挡条4-紧固螺杆5-间隙6-连接孔100-单晶棒
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。如图I至图5所示，本实用新型的实施例公开的一种单晶棒线开方固定装置，用于固定单晶棒100，所述固定装置包括托盘I和用于承托所述单晶棒的至少一排底座组(图
I、图2和图5中示出了两排底座组)，每排所述底座组包括两个或两个以上间隔设置且上表面位于同一水平面的底座2，每个底座2上均间隔设有多个相互平行的切割缝22 ;每排所述底座组的底座2上的切割缝22相互一一对应且与单晶棒100的长度方向一致，并且切割缝22与于切割所述单晶棒的切割线一一对应，当切割线切透单晶棒时，切割线从切割缝22通过。本实用新型的单晶棒线开方固定装置还包括与每排所述底座组成排排列且位于每排的两端用于定位单晶棒100两端面的挡板，所述挡板由多根间隔设置的挡条3构成，相邻的两根挡条3之间的间隙和与其对应的那排底座组的底座2上的切割缝22 —一对应，也就是和所述切割线一一对应。每根挡条3上分别设有穿过挡条3且与单晶棒100的长度方向一致的一个或多个紧固螺杆4，每根挡条3上设置的紧固螺杆4的数量可根据实际情况确定，本实施例中仅以每根挡条3上设置一个紧固螺杆4为例进行说明。[0043]如图I和图2所示，本实施例中托盘I为平板状，规格为890 1100mmX890 1100mm。当然，托盘I也可以做成具有一平板状的底板及在所述底板的四周设置侧边的结构。如图3和图5所示，每个底座2均由等间距设置的多个金属块21构成，相邻两个金属块21之间形成切割缝22。继续结合图I和图2，至少两个底座2排成一排构成一排底座组固定设置在托盘I上，用于支撑一根单晶棒100，每排底座组的排列方向均与底座2的切割缝22的方向一致，属于同一底座组的多个底座2的切割缝22 —一对应且分别位于多条且相互平行的直线上，属于同一组的底座2的上表面位于同一水平面上，以稳定支撑单晶棒100，使单晶棒100的底面与底座2紧密接触。如图I、图2和图5所不，本实施例中的所述挡板连接在每排底座组两端的底座2的外侧端，即位于每排底座组的两端的两个底座2的每个金属块21的外侧端分别固定连接向上伸出底座2的挡条3，相邻两根挡条3之间形成间隙5，相邻的两个金属块21之间的切割缝22及连接在该两个金属块21上的两根挡条3之间的间隙5相对应且连通以使切割线(钢丝线)通过。每根挡条3上分别设置至少一个紧固螺杆4(图I、图2和图5中仅在一个底座2的挡条3上示出了紧固螺杆，其他的挡条上开设了连接孔)，紧固螺杆4采用不锈钢材料。紧固螺杆4的设置方向与底座2的排列方向一致(即平行于切割缝22)。相邻两根挡条3上的紧固螺杆4之间具有供所述切割线通过的水平间距。如图5和图6所示，设置挡条3和紧固螺杆4的目的是从单晶棒100的两端对支撑在底座2上的单晶棒100进行固定。挡条3的上端应高出单晶棒100的上表面。每根挡条3上均开设有连接孔6，紧固螺杆4通过连接孔6设置在挡条3上。如图6所示，紧固螺杆4的设置位置应保证能抵在单晶棒100的端部。以保证切割过程中单晶棒100的稳定。所述挡板的设置方式有多种，并不限于上述情况，如可以按图I、图2的设置位置设置挡条3，挡条3与金属块21紧邻，但挡条3不与金属块21连接，而是挡条3的底端直 接固定在托盘I上。挡条3也可以不固定设置在金属块21的侧端，而是固定连接在金属块21的上端靠近侧端处。当然挡条3也可以与底座2分离设置，如图7所示，挡条3与金属块21保持一定的距离，并固定在托盘I上。如图I和图2所示,本实施例中在托盘I上设置了两排底座组,每排底座组包括三个底座2，其中一个底座2位于另外两个底座2的之间，三个底座2间隔设置，两端的两个底座2上设置档条3。每排底座组所包括的底座2的数量可以根据所要加工的单晶棒100的长度以及重量进行确定，至少为两个，还可以为多个。当然托盘I上也可以设置一排、两排、三排或四排，甚至更多的底座组等等。底座组数的设置视托盘I的尺寸以及被切割的单晶棒100的长度以及与之配套的切割机的尺寸确定。如图4所示，为了保护需要切割的单晶棒100，防止单晶棒100与底座2之间的硬接触，以及缓解在切割过程中对单晶棒100的作用力。在底座2的金属块21的上表面上均分别设置缓冲垫(图中未标示出)。缓冲垫可以采用尼龙垫或塑料垫等。缓冲垫与金属块21的上表面可以采用粘接的方式连接，也可以在缓冲垫和金属块21上分别开孔，然后采用连接件将两种连接在一起。缓冲垫的厚度一般为5 15mm。设置缓冲垫后的底座2 (属于同一组)的上表面也应处于同一水平面上，以保证被支撑的单晶棒100的水平度，进而保证切割的精确度。因为底座2将用于支撑被切割的单晶棒100，因此应该将底座2固定在托盘I上，防止在切割过程中因底座2移动而导致单晶棒100移动产生切割的偏差。本实施例中构成底座2的金属块21的底部分别与托盘I焊接在一起或采用连接件连接在一起。当然，也可以将构成同一个底座2的多块金属块21的底部连接在一起，然后再一起固定在托盘I上。另外，底座2也可以这样形成在一块方形的金属体上均匀间隔的开设多条相互平行的切割缝，每条切割缝均不开至金属体的底部，也就形成多个底部连接在一起的金属块。作为本实施例的一种优选方案，如图3和图4所示，为了保证切割过程中，切割线(钢丝线)不会出现触碰到挡条3的情况，相邻两根挡条3的间距一般不小于2mm。挡条3的长度为150 300mm，宽度为13 15mm。紧固螺杆4的直径一般为12 14mm，且同一底座2上的相邻两根挡条3的间距大于相邻两个紧固螺杆4的间距。综上所述，每排底座组中的底座2上的切割缝22以及挡条3之间的间隙5的设置以及彼此之间的对应关系，均是为了与单晶棒100上的切割位置相对应，以使用于切割的切割线(钢丝线)能够切透单晶棒100。本实用新型的单晶棒线开方固定装置中的托盘I、底座2和挡条3均采用金属材质制成，以增强强度。下面结合图I至图6对采用本实用新型的单晶棒线开方固定装置的单晶棒线开方方法进行如下介绍在进行线开方之前，首先要对需要线开方的单晶棒100进行前期处理即将单晶棒100截断至一定长度，如一般单晶棒100的长度为350 1000mm，并去除单晶棒100两边的边皮，保证单晶棒高度(水平放置后)在一定范围内。同时将托盘I清理干净，托盘I的规格一般为890 1100mm*890 1100mm。使用本实用新型的单晶棒线开方固定装置进行单晶棒线开方的方法包括如下步骤I)首先将底座2 (由多个金属块21均匀间隔排列而成)固定在托盘I上，并保证底座2是成排(组)间隔布置的，即至少两个底座2为一组成排间隔固定设置在托盘I上。本实施例中的托盘I上设置了两组底座2，每组包括三个底座2。每组底座2的排列方向均与其底座2的切割缝22的方向一致，属于同一组的多个底座2的切割缝22 —一对应且分别位于多条不同且相互平行的直线上，在每个金属块的上表面设置缓冲垫(尼龙垫)，同时保证每组底座2的上表面位于同一水平面上；2)每组位于两端的底座2的每个金属块21的外侧端分别固定连接向上伸出底座2的挡条3,挡条3的长为150 300mm,宽为13 15mm,相邻两根挡条3之间至少保证2mm的间隙，以保证线切割过程中不会出现钢丝线触碰到挡条3的情况，每根挡条3上都设置一个直径为12 14mm的不锈钢紧固螺杆4，紧固螺杆4的设置方向与底座2的排列方向一致；3)将需要线开方的单晶棒100水平放置在属于同一组的底座2上，同时保证放置后的单晶棒100的底部与底座2紧密接触，且单晶棒100的两端分别位于每组两端的底座2上；单晶棒100的两端分别与对应的紧固螺杆4之间留有一定的间隙，以方便单晶棒100的取放；每个托盘I上一般可以固定2 4个去完边皮的单晶棒100，随着托盘I尺寸的变换，相应所固定的单晶棒100的数量也会随之变化；4)依次调节多个紧固螺杆4，使每个紧固螺杆4都顶紧在于其对应的单晶棒100的端部，使单晶棒100被固定在托盘I上；[0058]5)将固定有单晶棒100的托盘I送入机器切割室(图中未示出)，利用线开方机对单晶棒100进行线切割，首先使托盘I位于线开方机的多条切割线的下方，且所述切割线与底座2上的切割缝22 —一对应，以使所述切割线在切割至单晶棒100的底部时，所述切割线进入到切割缝22中，以便将单晶棒100切透；6)启动线开方机，并保持托盘I和单晶棒100固定不动，使所述切割线下降对单晶棒100进行切割，直到切至单晶棒100的底部将单晶棒100切透，切割线进行到切割缝22中将单晶棒切割成一定数量的单晶块，从而完成单晶棒的切割，切割后的单晶棒10 0的端面如图8所示。作为一种优选方案，所述切割线是直径为200 350 iim的预变形钢丝线，所述切割线的下降速度即所述单晶棒被切割的速度为500 1500 iim/min，所述切割线的线速度 为 9 16m/s。作为再进一步的优选方案，所述切割线对单晶棒的切割是利用不断喷落在高速运动的所述切割线表面的浆料对单晶棒进行挤压式切割的，所述浆料的流量为120 220kg/min，所述切割线的切割张力60 90N。所述机器切割室内的切割头是由钢材焊接成的方形框架，在框架四边都安装一个一定长度的切割导轮，在切割导轮上方有对应的支架和过轮，每个导轮轴的一端都有一部一定功率的伺服电机，通过皮带驱动导轮。切割导轮上绕制有成网状的切割线，所述切割线是直径为200 350 ii m的预变形钢丝线，形成线网的切割线线速度控制在9 16M/S，通过机器切割室绕线方式的变化让切割头以从上往下的切割方式将每个单晶棒(已去边皮)线开方成不定数量的单晶块，线开方单晶棒的原理是以200 350mm的预变形钢线为载体利用落在高速运动的钢线表面的浆料(浆料由碳化硅与PEG按照一定比例配置而成)中的碳化硅对单晶棒进行挤压式切割而成单晶块，单晶块的规格为长度350 1000mm，宽度可调，厚度可调。以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种单晶棒线开方固定装置，其特征在于，包括托盘和固定在所述托盘上用于承托所述单晶棒的至少一排底座组；每排所述底座组包括两个或两个以上间隔设置且上表面位于同一水平面的底座，每个所述底座上间隔设有多个相互平行的切割缝；每排所述底座组的底座上的切割缝相互一一对应且分别与沿所述单晶棒的长度方向设置的用于切割所述单晶棒的切割线对应； 所述单晶棒线开方固定装置还包括与每排所述底座组成排排列且位于每排的两端的用于定位所述单晶棒两端面的挡板，所述挡板由多根间隔设置的挡条构成，相邻两根挡条之间的间隙分别与与其对应的所述底座组是所述底座上的所述切割缝一一对应； 每根所述挡条上分别设有穿过所述挡条且与所述单晶棒的长度方向一致的至少一个紧固螺杆；相邻两根所述挡条上的所述紧固螺杆之间具有供所述切割线通过的水平间距。
2.根据权利要求I所述的单晶棒线开方固定装置，其特征在于，所述挡板连接在每排底座组两端的所述底座的外侧端，且构成所述挡板的多根挡条分别连接在所述底座上。
3.根据权利要求2所述的单晶棒线开方固定装置，其特征在于，每个所述底座均由等间距设置的多个金属块构成，相邻两个所述金属块之间形成所述切割缝，位于两端的所述底座的每个所述金属块的外侧分别连接有一根所述挡条。
4.根据权利要求3所述的单晶棒线开方固定装置，其特征在于，构成每个所述底座的金属块的上表面上分别设置尼龙垫，所述尼龙垫与所述金属块的上表面粘接或采用连接件连接。
5.根据权利要求3所述的单晶棒线开方固定装置，其特征在于，构成所述底座的金属块的底部与所述托盘焊接或采用连接件连接。
6.根据权利要求I所述的单晶棒线开方固定装置，其特征在于，每组所述底座组包括三个底座，其中一个底座位于另外两个底座的之间。
7.根据权利要求3所述的单晶棒线开方固定装置，其特征在于，所述挡条的长度为150 300mm,宽度为13 15mm,相邻两根所述挡条的间隙不小于2mm,所述紧固螺杆的直径为12 14mm，且连接在同一所述底座上的相邻两根所述挡条的间隙小于相邻两个所述紧固螺杆的间距。
专利摘要本实用新型公开了一种单晶棒线开方固定装置，固定装置包括托盘和至少一排底座组；底座组包括至少两个间隔设置且上表面位于同一水平面的底座，底座上设有切割缝；每排底座组的底座上的切割缝相互对应；固定装置还包括位于每排两端的用于定位单晶棒两端面的多根间隔设置的挡条，相邻两根挡条的间隙分别与切割缝一一对应；每根挡条上设有紧固螺杆；相邻两根挡条上的所述紧固螺杆之间具有供切割线通过的水平间距。本实用新型的单晶棒线开方固定装置结构简单，固定操作便捷且固定效果好。
文档编号B28D7/04GK202480271SQ20122012534
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者包剑 申请人:镇江荣德新能源科技有限公司