[发明专利]太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用电火花电解复合线切割技术对硅片进行切割即可得到无需进一步制绒处理硅片的一体化加工方法及装置，具体地说是一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置。

背景技术

目前，作为一种取之不尽的清洁能源，太阳能的开发利用正引起人类从未有过地极大关注。尽管人们对各种类型的太阳电池进行了多年的研究和开发，迄今为止，实现大规模商业化的太阳能电池仍然是无毒性的晶硅电池。单晶和多晶硅太阳能电池的特点是转换效率高、寿命长和稳定性好，但成本较高，其中硅片的材料成本占太阳能电池总成本的30％以上。尽管目前已能采用多线切割方法生产出面积较大(25cm×25cm)而又较薄的硅片，但由于仍属于非刚性切割，在切割过程中线锯必然产生变形从而不断对切割硅片产生瞬间的冲击作用，同时还要兼顾切缝内钢丝的冷却问题，要使目前的大尺寸硅片厚度从300μm左右进一步降低，并提高硅片切割厚度和控制切割损耗，实现低成本高效切割，技术难度相当大。

此外，在太阳能晶硅电池的生产工艺中，硅片表面织构化是提高太阳能电池表面的光吸收从而提高其转换效率的重要手段之一。对于单晶硅，可以通过各向异性腐蚀在表面形成随机分布的金字塔型绒面，以增加光吸收。但是，由于多晶硅晶粒取向的随机性，各向异性腐蚀不能有效增加光吸收。目前，探索更加有效的晶硅绒面制备技术已成为国内外研究热点。

近年来，国内外针对硅片切割技术的应用需求，除了进行多线切割研究之外，也在寻找新的加工途径，其中放电切割则是一种颇具竞争力的特种加工技术手段。比利时鲁文大学采用低速走丝电火花线切割技术进行了硅片切割研究，日本冈山大学采用电火花线切割技术(WEDM)，以去离子水作为工作液，进行了单晶硅棒切割加工研究，并研制了多线放电切割原理样机。该方法的依据是取向生长法形成的单晶硅锭具有很低的电阻率(0.01Ω·cm)，使得用线切割放电加工技术切割硅锭成为可能。用线切割放电加工法所获得的硅片总厚度变化(TTV)和弯曲程度(Warp)与多线切割结果几乎一样。切缝造成的硅材料损失大约为250μm，与多线切割法得到的数值相当。但是，在上述相关研究中，由于采用去离子水作为工作介质，放电能量较大，硅片表面有明显的热影响区，加工效率不高(目前最高切割效率＜100mm²/min)，并且没有考虑硅片表面金属元素残留问题，所以，目前尚不能与太阳能硅片电池制造工艺兼容。

发明内容

本发明目的是针对采用现有硅片切割方法，切割厚度很难进一步降低，切割效率不高，，无法满足太阳能硅片日益增长需求等问题，发明一种基于无切削力的电火花放电和高温脉冲电化学腐蚀复合加工原理，，实现大尺寸超薄太阳能硅片电火花电解复合切割制绒一体化的加工方法及装置，并具有加工成本低、效率高等突出特点。

本发明的技术方案是：

一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，其特征是：

首先，以钼丝或钨丝作为工具电极，走丝速度在1～15m/s之间可调，对太阳能硅棒或硅锭进行电火花电解复合切割及制绒一体化加工；

其次，在加工过程中，脉冲电源的电压脉冲宽度在1-128μs之间可调，电压幅值0～100V可调，同时保证在脉冲间隔内仍维持足以使太阳能硅棒或硅锭表面产生电化学腐蚀的直流电压，该直流电压幅值应低于正常放电间隙的击穿电压(通常低于15V)；

第三，在电极丝切割区域内喷射电导率为0.1～10ms/cm的工作液，以满足冷却和电化学腐蚀的需要。

所述的工作液为由洗涤性良好的多种表面活性剂及防锈剂等物质配制而成的弱碱性液体，它主要由8～10％的油酸，2～3％的三乙醇氨，2～4％的KOH，1～1.5％的十二烷基硫酸钠，1～2％的钼酸钠，1～2％的硼砂，5～6％的植物油，4～6％的松香，1.5～2％的甘油，0.2～0.5％的硅油，1.5～2％的OP乳化剂，及余量的工业纯净水组成。