一种单晶硅棒的加工方法、硅片、电池片和光伏组件与流程

本发明涉及太阳能电池用硅片加工技术领域，尤其涉及一种单晶硅棒的加工方法、硅片、太阳能电池片和光伏组件。

背景技术：

现有单晶硅棒利用率较低，切割下来的头尾料和边皮料比例大于40%，其中头尾料占比约7%，严重影响了单晶硅片的制造成本。在正常拉晶和收尾情况下，单晶硅棒头尾料的电性能参数和等径部分晶棒的电性能基本保持一致，例如掺镓单晶硅棒的电阻率均在0.3-1.5ω·cm范围内，少子寿命均≥30us。目前单晶硅棒头尾料的处理方法，基本是回炉替代原生料继续拉晶，未用作硅片加工使用，严重影响了单晶硅棒的利用率。针对硅棒头尾直径不能达到目标直径的部分，切除部分会更多，加剧了能源消耗，导致硅棒的制造成本增加。

技术实现要素：

发明目的：本发明提出一种单晶硅棒的加工方法，能够提高单晶硅棒的利用率，降低硅棒的制造成本。

本发明还提出了根据上述单晶硅棒加工方法所获得的硅片、太阳能电池片和光伏组件。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种单晶硅棒的加工方法，可用于制备不同规格的方形硅片，所述单晶硅棒包括硅棒主体、位于硅棒主体一端的硅棒头部和位于硅棒主体另一端的硅棒尾部，所述加工方法包括开方和切片，所述开方包括对单晶硅棒进行分段开方，在该单晶硅棒的不同位置形成多个不同尺寸的方棒。

优选的，所述方棒的尺寸和数量根据硅棒主体、硅棒头部和硅棒尾部的尺寸决定。

进一步优选的，所述分段开方在硅棒主体形成第一段方棒，在硅棒头部形成第二段方棒，在硅棒尾部形成第三段方棒。

进一步优选的，所述第一段方棒的截面为正方形，所述第二段方棒和第三段方棒的截面为正方形或长方形。

其中，所述第一段方棒的截面、第二段方棒的截面和第三段方棒的截面均垂直于硅棒长度方向。

进一步优选的，所述第一段方棒的截面尺寸大于第二段方棒和第三段方棒的截面尺寸。

进一步优选的，所述第二段方棒和第三段方棒的截面尺寸相同或不同。

优选的，所述开方包括：

截断硅棒头部和硅棒尾部中无法利用的部分；

对单晶硅棒进行分段开方，硅棒主体形成第一段方棒，硅棒头部形成第二段方棒，硅棒尾部形成第三段方棒；

截断第一段方棒、第二段方棒和第三段方棒。

优选的，所述开方包括：

对单晶硅棒进行分段开方，硅棒主体形成第一段方棒，硅棒头部形成第二段方棒，硅棒尾部形成第三段方棒；

截断第一段方棒、第二段方棒、第三段方棒、及硅棒头部和硅棒尾部中无法利用的部分。

优选的，沿平行于方棒的截面方向对各个方棒进行切片，得到不同规格的方形硅片或长条形硅片。

进一步优选的，所述方形硅片的边长为158～230mm。

更优选的，所述方形硅片的边长为158.75mm、166mm、182mm、200mm、210mm、220mm或230mm。

进一步优选的，所述长条形硅片的长边与短边的长度比例小于等于10:1。

进一步优选的，所述长条形硅片的长边长度为158～230mm。

更优选的，所述长条形硅片的长边长度为158.75mm、166mm、182mm、200mm、210mm、220mm或230mm。

进一步优选的，沿平行于第一段方棒的截面方向对第一段方棒进行切片，得到第一方形硅片；沿平行于第二段方棒的截面方向对第二段方棒进行切片，得到第二方形硅片或第二长条形硅片；沿平行于第三段方棒的截面方向对第三段方棒进行切片，得到第三方形硅片或第三长条形硅片。

本发明还提供了一种硅片，所述硅片由上述单晶硅棒的加工方法制成。

本发明还提供了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片由上述硅片制成。

本发明还提供了一种光伏组件，所述光伏组件由上述太阳能电池片制成。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的加工方法将原有单晶硅棒的利用率提高了将近2%，同时减少了硅棒头尾料重新回炉而带来的二次消耗，大大节省了硅片制造成本。

本发明在目前硅片尺寸要求越来越大，头尾料的占比增加的背景下，提高了硅片的产出率。

本发明实现了单晶硅棒到硅片的流水线设计，可集成各工序的设备来实现规模化生产，也可离线式生产。

附图说明

图1是现有单晶硅棒的结构示意图；

图2是本发明实施例1的一种单晶硅棒加工方法的流程图；

图3是本发明实施例1的一种单晶硅棒加工方法的结构示意图；

图4是本发明实施例2的一种单晶硅棒加工方法的流程图；

图5是本发明实施例2的一种单晶硅棒加工方法的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1，单晶硅棒包括硅棒主体1、位于硅棒主体1一端的硅棒头部2和位于硅棒主体另一端的硅棒尾部3。硅棒主体1呈圆柱形，硅棒头部2和硅棒尾部3呈不规则的圆锥形或圆台形。

本发明的一种单晶硅棒的加工方法，可用于制备不同规格的方形硅片或长条形硅片，该加工方法包括开方和切片，能够提高硅片的产出率。

具体地，本发明提供了一种单晶硅棒的加工方法，对单晶硅棒进行分段开方，硅棒主体形成第一段方棒，硅棒头部形成第二段方棒，硅棒尾部形成第三段方棒，第一段方棒的截面为正方形，第二段方棒和第三段方棒的截面为正方形或长方形，第一段方棒的截面、第二段方棒的截面和第三段方棒的截面均垂直于硅棒长度方向；再沿平行于方棒截面的方向对各个方棒进行切片，得到不同规格的方形硅片或长条形硅片。

实施例1

参见图2，图2给出了本发明实施例中的一种单晶硅棒加工方法的流程图，单晶硅棒是通过现有的制造技术得到，通过对单晶硅棒的切割，制得硅片。该方法包括：

（s201）截断硅棒头部2和硅棒尾部3中无法利用的硅料部分。

如图3，将单晶硅棒切割成硅片之前，先截断硅棒头部2和硅棒尾部3中无法利用的硅料部分。

（s202）对单晶硅棒进行分段开方，硅棒主体1形成第一段方棒4，硅棒头部2形成第二段方棒5，硅棒尾部3形成第三段方棒6。

如图3中虚线框所示，对硅棒主体1进行第一次开方，形成截面为s1的第一段方棒4，截面s1为正方形，边长为210mm。对硅棒头部2进行第二次开方，形成截面为s2的第二段方棒5，截面s2为正方形，边长为158.75mm。对硅棒尾部3进行第三次开方，形成截面为s3的第三段方棒6，截面s3为正方形，边长为166mm。

（s203）截断第一段方棒4、第二段方棒5和第三段方棒6，使其相互独立。

如图3，截断后形成相互独立的三个部分，分别为第一段方棒4、第二段方棒5和第三段方棒6。

（s204）沿平行于方棒截面的方向对各个方棒进行切片，得到不同规格的方形硅片。

如图3，沿平行于第一段方棒的截面s1方向对第一段方棒进行切片，得到第一方形硅片7；沿平行于第二段方棒的截面s2方向对第二段方棒进行切片，得到第二方形硅片8；沿平行于第三段方棒的截面s3方向对第三段方棒进行切片，得到第三方形硅片9。其中，第一方形硅片7的尺寸为210mm*210mm，第二方形硅片8的尺寸为158.75mm*158.75mm，第三方形硅片9的尺寸为166mm*166mm。

可选的，该方法在步骤（s203）之后还可以对第一段方棒4、第二段方棒5和第三段方棒6进行磨面和滚圆工艺，使得步骤（s204）切割后的硅片具有一定的倒角。

需要说明的是，本发明第一段方棒4、第二段方棒5和第三段方棒6的截面尺寸根据硅棒主体1、硅棒头部2和硅棒尾部3的尺寸确定。第一段方棒4的长度远远大于第二段方棒5、第三段方棒6的长度；截面s1尺寸也大于截面s2尺寸和截面s3尺寸；截面s2尺寸和截面s3尺寸可以相同也可以不同，以达到最大化利用硅棒。

随着目前硅片尺寸要求越来越大，单晶硅棒的尺寸越来越大的情况下，硅棒头尾料的占比也在增加，现有技术对这些大尺寸硅棒切割时，往往将硅棒头部和硅棒尾部的硅料切除，通过重新回炉回收，无疑增加了硅片制造成本。

综上，本实施例中，将单晶硅棒加工成单晶硅片的过程中，先截断硅棒头部和硅棒尾部中无法利用的硅料部分；再对硅棒进行分段开方，形成三个不同截面尺寸的方棒，各方棒的截面尺寸接近硅棒对应部位的截面尺寸；再截断三个方棒；最后沿平行于截面的方向分别对三个方棒进行切片。因此，在当前硅棒尺寸越来越大的趋势下，当硅棒主体能够切割成210mm或230mm尺寸的硅片时，硅棒头部和硅棒尾部可能切割成不同规格的方形硅片或长条形硅片，从而提高了硅棒的利用率，降低了硅棒的制造成本。本实施例中，取直径295mm的单晶硅棒，通过切割硅棒主体1、硅棒头部2和硅棒尾部3可以获得尺寸210mm*210mm、158.75mm*158.75mm和166mm*166mm三种规格的方形硅片，充分提高了单晶硅棒的利用率，使得硅片产出率得以增加。

实施例2

参见图4，图4给出了本发明实施例中的另一种单晶硅棒加工方法的流程图，单晶硅棒是通过现有的制造技术得到，通过对单晶硅棒的切割，制得硅片。该方法包括：

（s401）对单晶硅棒进行分段开方，硅棒主体形成第一段方棒，硅棒头部形成第二段方棒，硅棒尾部形成第三段方棒。

如图5中虚线框所示，将单晶硅棒切割成硅片之前，先对硅棒主体1进行第一次开方，形成截面为s1的第一段方棒4，截面s1为正方形，边长为210mm。对硅棒头部2进行第二次开方，形成截面为s4的第二段方棒5，截面s4为长方形，截面s4的长边长度为166mm，短边长度为82mm。对硅棒尾部3进行第三次开方，形成截面为s5的第三段方棒6，截面s5为长方形，截面s5的长边长度为182mm，短边长度为91mm。

（s402）截断第一段方棒4、第二段方棒5、第三段方棒6、及硅棒头部2和硅棒尾部3中无法利用的硅料部分。

如图5，截断后形成相互独立的五个部分，分别为硅棒头部2中无法利用的硅料部分、第一段方棒4、第二段方棒5、第三段方棒6和硅棒尾部3中无法利用的硅料部分。

（s403）沿平行于方棒截面的方向对各个方棒进行切片，得到不同规格的方形硅片或长条形硅片。

如图5，沿平行于第一段方棒的截面s1方向对第一段方棒进行切片，得到第一方形硅片7；沿平行于第二段方棒的截面s4方向对第二段方棒进行切片，得到第二长条形硅片10；沿平行于第三段方棒的截面s5方向对第三段方棒进行切片，得到第三长条形硅片11。其中，第一方形硅片7的尺寸为210mm*210mm，第二长条形硅片10的尺寸为166mm*82mm，第三长条形硅片11的尺寸为182mm*91mm。

可选的，该方法在步骤（s402）之后还可以对第一段方棒4、第二段方棒5和第三段方棒6进行磨面和滚圆工艺，使得步骤（s403）切割后的硅片具有一定的倒角。

综上，本实施例中，将单晶硅棒加工成单晶硅片的过程中，先对硅棒进行分段开方，形成三个不同尺寸的方棒，各方棒的截面尺寸接近硅棒对应部位的截面尺寸；再截断三个方棒及硅棒头尾部中无法利用的硅料部分；最后沿平行于方棒截面的方向分别对三个方棒进行切片。因此，在当前硅棒尺寸越来越大的趋势下，当硅棒主体能够切割成210mm或230mm尺寸的硅片时，硅棒头部和硅棒尾部可能切割成不同规格的方形硅片或长条形硅片，从而提高了硅棒的利用率，降低了硅棒的制造成本。本实施例中，取直径295mm的单晶硅棒，通过切割硅棒主体1、硅棒头部2和硅棒尾部3可以获得尺寸210mm*210mm的方形硅片及尺寸166mm*82mm、182mm*91mm的长条形硅片，充分提高了单晶硅棒的利用率，使得硅片产出率得以增加。

实施例3

本实施例还提供一种硅片，由上述实施例的硅棒加工方法加工而成。

实施例4

本实施例还提供一种太阳能电池片，由上述实施例加工得到的硅片制成。

实施例5

本实施例还提供了一种光伏组件，由上述实施例制得的电池片制成。