CN101276855A - 硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺及其设备 - Google Patents

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曾春红
王敏锐
张宝顺
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Abstract

本发明提供硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺及设备，其工艺：先兆声波槽式清洗制绒：利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加NaOH及IPA，O3的溶解度在10ppm以上，NaOH与IPA的比例在1∶6，NaOH浓度在2％～4％，温度控制在60℃下进行清洗制绒；制绒后的清洗：采用含有HF、O3的水溶液，在N2鼓泡系统下进行清洗；在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。清洗、制绒过程采用兆声波，使制绒的均匀性得到充分保障，制绒后清洗中使用氧化性极强的O3，很好的清除K离子；整个过程采用极少量的化学试剂，减少了环境污染。

Description

硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺及其设备
技术领域
本发明涉及硅太阳能电池清洗、制绒、干燥方法及一体化处理机。
背景技术
太阳能光伏电池是新技术和可再生环保型能源的重要组成部分，是当今世界最有发展前景的能源技术。硅太阳能电池是光伏电池的核心部分，高效的硅太阳能电池需要通过一系列的技术来完成硅表面处理。目前在硅太阳能电池的表面处理上，主要沿用传统的RCA方法对硅片进行清洗，该工艺完成对硅片的清洗需要耗费大量的化学试剂和水源，其中大部分化学试剂对操作者和环境都会带来相当大污染和危险。
当前，清洗制绒是一个十分复杂的过程，制绒工艺采用搅拌、N2鼓泡的方法，高耗能，高污染，加工纹理容易出现粗糙度不一致现象。蚀刻清洗需消耗大量强酸强碱，用水量很大，工艺复杂，设备造价相当昂贵。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺及其设备。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺，具体的步骤为：
①兆声波槽式清洗制绒：利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加NaOH及IPA，O3的溶解度在10ppm以上，NaOH与IPA的比例在1∶6，NaOH浓度在2％～4％，温度控制在60℃下进行清洗制绒；
②制绒后的清洗：采用含有HF、O3的水溶液，HF浓度为2％～5％，O3的溶解度在5～10ppm，并在N2鼓泡系统下进行清洗；
③以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。
进一步地，上述的硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺，步骤①兆声波槽式清洗制绒，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调。
更进一步地，硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺的设备，特点是：包括兆声清洗制绒槽、清洗干燥槽及装片台，兆声清洗制绒槽、清洗干燥槽及装片台三者呈并排布置，其中，兆声清洗制绒槽配置有兆声波发生装置，清洗干燥槽配置有N2鼓泡装置，兆声清洗制绒槽上方和清洗干燥槽上方分别安装有清洗篮升降装置，两升降装置与横移装置驱动连接，另外，在清洗干燥槽上方安装有N2气氛装置。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明工艺采用兆声波槽式清洗去损伤层、完成制绒，和N2鼓泡下的槽式清洗、干燥。整个过程中都采用槽式清洗，在生产上最大效益的节约成本，在前段的清洗、制绒过程中采用了兆声波，使制绒的均匀性得到充分保障，在制绒后清洗中使用氧化性极强的O3，很好的清除K离子，延长硅片的寿命；整个清洗、制绒、干燥过程采用极少量的化学试剂，有效减少了环境污染，大大节约了水资源，工艺十分简洁。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明清洗、制绒、干燥设备的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
  附图标记 含义   附图标记 含义   附图标记 含义
1 清洗制绒槽 2   兆声波发生装置 3 清洗篮
4 清洗干燥槽 5 N2鼓泡装置 6   清洗篮升降装置
7 横移装置 8 N2气氛装置 9   清洗篮升降装置
  10   装片台
具体实施方式
本发明提供硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺，利用兆声能量产生O3，作为腐蚀液对硅片进行清洗、制绒，详细的工艺过程是：
首先，兆声波槽式清洗制绒：利用兆声在去离子水中产生O3，兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调，在去离子水中添加NaOH及IPA，O3的溶解度在10ppm以上，NaOH与IPA的比例在1∶6，NaOH浓度在2％～4％，温度控制在60℃下进行清洗制绒；兆声波一方面起到产生臭氧的作用，另一方面起到均匀制绒的作用；
其次，制绒后的清洗：采用含有HF、O3的水溶液，HF浓度为2％～5％，O3的溶解度在5～10ppm，并在N2鼓泡系统下进行清洗；该清洗中，只使用HF、O3化学物品，利用N2鼓泡系统外加喷淋的方法实现清洗；
通过以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。由于HF的作用，片子表面成疏水性，在硅片被抬出液面的同时，自动达到干燥的效果；干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使得硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，避免硅片表面被氧化。
本发明采用兆声波产生臭氧，利用气穴现象和声流高能量对水中O2转为O3，O3的特性为不稳定气体，具有强烈的腐蚀性和氧化性。在常温常压下，臭氧在水中的饱和水溶解度约为15×10^-6。臭氧的氧化还原势H2SO4、HCL、H2O2都要高，因此用臭氧超净水去除有机物及金属的效率比传统的SPM、HPM等方法要高。另外，该清洗办法可在室温下进行，比传统的RCA清洗法有较大优势。在溶液里面还含有一定比例的NaOH和IPA，硅片表面经过了O3的腐蚀氧化后，在表面形成一层自然氧化膜(SiO2)，呈亲水性，硅片表面和粒子之间被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NaOH腐蚀，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。同时由于NaOH对硅片本身的腐蚀，其结果达到对硅片进行制绒的目的，而IPA起到调节晶向反应速度的作用。整个清洗制绒过程都伴有兆声震动，表面形成可靠相近的粗糙程度，出现反射性良好的倒金字塔图形，由于兆声波的空化作用，使在硅片制绒过程中反应生成的微小的气泡被振碎，使其制绒均匀。在整个清洗制绒过程中，所用的化学试剂比较少，温度要求在O3溶解度和制绒温度中进行调和，选择60℃左右进行。在槽内清洗对杂质离子的去除率可达90％以上，与传统的CR法媲美。制绒后的清洗，采用常温下将硅片放入充满HF/O3的清洗槽中，利用N2鼓泡装置加大清洗均匀性，经过一定时间的反应后，硅片被慢慢地抬出液面；由于HF酸的作用，硅片表面将呈疏水性，因此，在硅片被抬出液面的同时，自动达到干燥的效果。最后为避免硅片表面被氧化，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使得硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，防止表面被氧化。
如图1所示，硅太阳能电池清洗、制绒、干燥的设备，主要包括兆声清洗制绒槽1、清洗干燥槽4及装片台10，兆声清洗制绒槽1、清洗干燥槽4及装片台10三者呈并排布置，其中，兆声清洗制绒槽1配置有兆声波发生装置2，清洗干燥槽1配置有N2鼓泡装置5，兆声清洗制绒槽1的上方安装有清洗篮升降装置6，清洗干燥槽4的上方安装有清洗篮升降装置9，两升降装置与横移装置7驱动连接，另外，在清洗干燥槽4的上方安装有N2气氛装置8。放置硅片的清洗篮3，由传送机构分别按顺序送入到兆声波清洗制绒槽1、N2鼓泡系统的清洗槽，最后进入N2氛围下的干燥装载系统。
具体应用时：将承载硅片的清洗篮3由升降装置6送入到清洗制绒槽1中，利用兆声波发生装置2在槽内产生O3，并在恒温下对硅片进行清洗，制绒。完成清洗制绒后由清洗篮升降装置6、横移装置7将清洗篮移到清洗干燥槽4内，利用N2鼓泡装置5完成清洗干燥。最后将清洗篮提出液面，打开N2氛围8，在N2下完成装片工作，并由清洗篮升降装置9转移清洗篮，将清洗完成的硅片和硅片盒放入装片台10。
本发明工艺除了包含水、HF、NaOH、异丙醇(IPA)、O3、N2参与腐蚀清洗外，还包含兆声波产生O3并辅助清洗的过程。采用兆声波槽式清洗去损伤层、完成制绒，所用化学试剂为NaOH、IPA、O3、去离子水。N2鼓泡下的槽式清洗、干燥，所用试剂为HF、O3、去离子水、N2。由于整个过程中都采用槽式清洗，在生产上可最大效益的节省成本，在前段的清洗、制绒过程中采用了兆声波，使制绒的均匀性得到充分保障，在制绒后清洗中使用氧化性极强的O3，可很好的清除K离子，延长硅片的寿命；整个清洗、制绒、干燥过程采用极少量的化学试剂，有效减少了环境污染，大大节约了水资源，工艺简洁。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺，其特征在于：具体包括以下步骤——
1)兆声波槽式清洗制绒：利用兆声在去离子水中产生O3，并在去离子水中添加NaOH及IPA，O3的溶解度在10ppm以上，NaOH与IPA的比例在1∶6，NaOH浓度在2％～4％，温度控制在60℃下进行清洗制绒；
2)制绒后的清洗：采用含有HF、O3的水溶液，HF浓度为2％～5％，O3的溶解度在5～10ppm，并在N2鼓泡系统下进行清洗；
3)以上清洗后，在硅片被抬出液面时进行干燥处理，干燥槽的上方安装有一组N2的喷嘴，使硅片被抬出水面后就与高浓度的N2直接接触，采用含有饱和IPA的N2进行干燥处理，然后装片。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池清洗、制绒、干燥工艺，其特征在于：步骤1)兆声波槽式清洗制绒，其中兆声波频率为1MHZ以上，功率50～600W可调。
3.硅太阳能电池清洗、制绒、干燥的设备，其特征在于：包括兆声清洗制绒槽、清洗干燥槽及装片台，兆声清洗制绒槽、清洗干燥槽及装片台三者呈并排布置，其中，兆声清洗制绒槽配置有兆声波发生装置，清洗干燥槽配置有N2鼓泡装置，兆声清洗制绒槽上方和清洗干燥槽上方分别安装有清洗篮升降装置，两升降装置与横移装置驱动连接，另外，在清洗干燥槽上方安装有N2气氛装置。
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