一种新型光伏用直角单晶硅片及其制造方法与流程

本发明属于直角单晶硅片制造技术领域，特别涉及一种新型光伏用直角单晶硅片及其制造方法。

背景技术：

太阳能用单晶硅材料自2000年以来，发展迅猛，这是因为硅是地球表面取之不尽用之不竭的资源，硅是半导体材料中功能最强大的材料之一，物理化学性质稳定，耐候性极强，生产过程及使用过程对环境没有危害，硅不仅是现代社会信息基础材料，而且也是新能源的最重要的不可替代的基础材料。

硅半导体材料的生产，无论产量还是质量方面，近年来都在突飞猛进，几年前国家普遍使用的用于太阳能硅单晶是以6英寸(152.4mm)为主，现在已发展到8-9英寸(203.2mm-228.6mm)，18英寸(457.2mm)也已在实验室试生产中，在现在的生产过程中，主要是一棒断面切一片的方法，边角材料直接抛弃或重新清洗再熔化拉晶，直接抛弃造成原料的浪费，而边皮料再清洗返回熔化再拉晶，清洗造价高，纯度不容易控制，清洗不好反而带入污染，影响正常拉晶，造成前期的工时浪费。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种新型光伏用直角单晶硅片及其制造方法，本发明提供的制造方法能够节约硅能源，减少生产能耗，并增加直角单晶硅片的产率。

本发明提供的新型光伏用直角单晶硅片的制造方法包括以下步骤：

沿单晶硅棒的横截面内接正方形的四个边纵切，得到一个正四棱柱形的大芯材正四棱柱和四个边皮料；沿所述大芯材正四棱柱的横截面的两条对边中点连线纵切，得到四个小芯材正四棱柱；

对所述小芯材正四棱柱进行横切，得到若干厚度为d、正方形边长均为l的芯材直角单晶硅片；

沿所述边皮料的横截弓形面内接的矩形的内部三个边纵切，得到横截面长边边长为l’的四棱柱形的大边材四棱柱；

沿所述大边材四棱柱横切，横切间距为l’，得到小边材四棱柱；

沿所述小边材四棱柱纵切，得到若干厚度为d’、正方形边长均为l’的边材直角单晶硅片。

其中，图7为将单晶硅棒进行切片的结构示意图；直角单晶硅片的厚度d的范围在0.15-0.22mm之间，图1的阴影部分为除却制备成硅片的其他物料(可另做他用)，本发明提供的硅片为正方形，制造过程中可将其进一步加工为准方形。

晶向是可以选择的，在晶向这点上，人们通常没有考虑切下的边皮是什么晶向？是否符合制作太阳能电池的要求？能否与原来制作太阳能直角单晶硅片晶向一致？本发明在研发过程中，主要从晶体结构方面来论述晶向，具体如下：

如图3和图4所示，晶体硅结构为金刚石结构，对于晶面(010)、(001)而言，它们的晶面与(100)晶面互为90°相交，硅单晶圆柱晶体(“相邻的两条”)棱线与棱线相连，顺着棱线连线(“纵向”)往下切割到底部出现的弧形是边皮，如图5所示，一个圆形单晶硅棒，可以切得四个边皮料，并表示出四个变皮料的晶面方向，图6表示四块边皮料的晶面方向，由切割图可知，如果拉的直角单晶硅片是(100)晶面，我们切下的边皮晶向是(010)及(001)方向，由于单晶硅具有对称性的特点，属等轴晶系，原子排列结构在(100)，(010)，(001)三个晶面方向是完全相同的，也就是说(100)＝(010)＝(001)，所以我们切下的四个边皮料原子排列结构与(100)方向相同，即四个边皮料的晶向与原来制作太阳能直角单晶硅片晶向无异，其它参数自然也相同，我们利用这四个边皮料，就可以切割出符合太阳能光伏所用硅片，等同于垂直拉晶方向切割出的硅片，我们利用这个晶体结构原理，就这四个边皮料就可以切割出符合太阳能硅片要求的硅片，对实现生产过程最大利用率具有非常重要的意义。

进一步地，芯材直角单晶硅片和所述边材直角单晶硅片的形状相同，即：d＝d’且l＝l’。

进一步地，单晶硅棒预处理步骤：

预设芯材直角单晶硅片的边长l和厚度d；

根据所述芯材直角单晶硅片的边长l经过拉晶得到直径为d的单晶硅棒原材，其中，

将单晶硅棒原材去掉头尾后，得到圆柱体形的所述单晶硅棒，所述单晶硅棒的长度为l。

进一步地，边材四棱柱的横截面短边边长为k，其中，

进一步地，边材直角单晶硅片的晶向对称性质与所述芯材直角单晶硅片的晶向对称性质相同。

本发明还提供了一种新型光伏用直角单晶硅片，该直角单晶硅片通过以下步骤制备而成：

沿单晶硅棒的横截面内接正方形的四个边纵切，得到一个正四棱柱形的大芯材正四棱柱和四个边皮料；沿所述大芯材正四棱柱的横截面的两条对边中点连线纵切，得到四个小芯材正四棱柱；

对所述小芯材正四棱柱进行横切，得到若干厚度为d、正方形边长均为l的芯材直角单晶硅片；

沿所述边皮料的横截弓形面内接的矩形的内部三个边纵切，得到横截面长边边长为l’的四棱柱形的大边材四棱柱；

沿所述大边材四棱柱横切，横切间距为l’，得到小边材四棱柱；

沿所述小边材四棱柱纵切，得到若干厚度为d’、正方形边长均为l’的边材直角单晶硅片。

进一步地，芯材直角单晶硅片和所述边材直角单晶硅片的形状相同，即：d＝d’且l＝l’。

进一步地，单晶硅棒预处理步骤：

预设芯材直角单晶硅片的边长l和厚度d；

根据所述芯材直角单晶硅片的边长l经过拉晶得到直径为d的单晶硅棒原材，其中，

将单晶硅棒原材去掉头尾后，得到圆柱体形的所述单晶硅棒，所述单晶硅棒的长度为l。

进一步地，边材四棱柱的横截面短边边长为k，其中，

进一步地，边材直角单晶硅片的晶向对称性质与所述芯材直角单晶硅片的晶向对称性质相同。

本发明提供的制造方法应用结晶学原理，结合市场硅片尺寸情况，充分利用边皮料，提高生产利用率，节约成本，相同一公斤硅，生产出更多的硅片，经试验测定，使用该方法制备的所有硅片的寿命、电阻率、氧碳含量、其他杂质含量等参数均一致，从正方形柱状体和长方形柱状体上切出的硅片无差别。

附图说明

附图1.实施例1-5将单晶硅棒切割成硅片的俯视图；

附图2.对照例1-5将单晶硅棒切割成硅片的俯视图；

附图3.金刚石形态及晶面空间位置图；

附图4.晶面的极射赤平投影图；

附图5.晶面与棱线的位置关系；

附图6.边皮料晶向图；

附图7.实施例1-5将单晶硅棒切割成硅片的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种新型光伏用直角单晶硅片的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

沿单晶硅棒的横截面内接正方形的四个边纵切，得到一个正四棱柱形的大芯材正四棱柱和四个边皮料；沿所述大芯材正四棱柱的横截面的两条对边中点连线纵切，得到四个小芯材正四棱柱；

对所述小芯材正四棱柱进行横切，得到若干厚度为d、正方形边长均为l的芯材直角单晶硅片；

沿所述边皮料的横截弓形面内接的矩形的内部三个边纵切，得到横截面长边边长为l’的四棱柱形的大边材四棱柱；

沿所述大边材四棱柱横切，横切间距为l’，得到小边材四棱柱；

沿所述小边材四棱柱纵切，得到若干厚度为d’、正方形边长均为l’的边材直角单晶硅片。

产出提高比例(％)＝(a2-a1)/a1；a2为各实施例制备的硅片的总面积，a1为各对照例制备的硅片的总面积.实施例1-5分别与对照例1-5一一对应.

表1.实施例1的方法制备硅片的参数及硅片规格

表2.一根切一片的拉晶的硅片方法制备硅片的参数及硅片规格

其中，一根切一片的拉晶的硅片方法为现有技术，而一根切四片的拉晶的硅片方法为本发明提供的方法.各实施例和对照例在制备过程中会有一定的损失、消耗，因此实际产出量与理论产出量具有一定的偏差。

由表1和表2可知，相比于现有技术的制备方法，本发明提供的方法制备硅片时能够显著提高硅片的产率，提高比率在30％以上。

最后应说明的是，以上实施例仅用晶向为(100)以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。