CN101323955A - 单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂及其制造方法，其配方：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～10％，表面活性剂1～200ppm，硅酸钠0.5％～5％，去离子水85.0％～98.0％。其制法：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入氢氧化钠或氢氧化钾、表面活性剂、硅酸钠，搅拌10～30分钟，使其完全溶解，过滤，出料。本发明运用独特的配方科学配制制绒剂，采用聚氧乙烯醚系列表面活性剂，降低制绒剂的表面张力，实现缓释型均匀气泡释放技术，保证制绒后所有角锥体边长减小，平面内分布相当均匀。在太阳能电池表面生成均匀的金字塔结构，增加了光吸收比表面积，减少光反射损失；可广泛用于对单晶硅太阳能电池表面的处理。

Description

单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种制绒剂，尤其涉及一种用于单晶硅太阳能电池表面处理的制绒剂及其制造方法。
背景技术
利用硅的各向异性腐蚀的原理，在单晶硅太阳能电池表面形成类似金字塔的结构，可有效降低太阳光的反射率，显著提高太阳能转化为电能的效率。目前，在单晶硅太阳能电池工业中，正在使用的制绒液主要包括：强碱(如NaOH、KOH)、缓冲助剂(包括IPA、乙醇、硅酸钠、异丙醇等)，其存在的问题是：①制绒效果不稳定，成品率难以控制；②制绒后角锥体的尺寸偏大(10～15um)不够理想；③工艺时间太长，一般需要30min；④IPA(异丙醇)具有很强的挥发性，生产成本较高，在长时间的生产中，容易污染生产环境。
因此，生产出一种理想的用于单晶硅太阳能电池表面粗糙化的制绒剂，将是值得研究的具有重大经济意义的技术课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂及其制造方法，该制绒剂能使太阳能电池表面生成均匀的金字塔结构，可大大缩短腐蚀时间，明显提高太阳光的转化率，其工艺操作十分方便、易于控制。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，由氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)、表面活性剂、硅酸钠(Na2SiO3)和去离子水组成，其含量：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～10％，表面活性剂1～200ppm，硅酸钠0.5％～5％，去离子水85.0％～98.0％。
进一步地，上述的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，其组分具有如下的重量百分比：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～4％，表面活性剂1～50ppm，硅酸钠0.5～2％，去离子水94.0％～98.0％。
更进一步地，上述的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性剂，具体是辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚等。
再进一步地，上述的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂的制造方法，其特征在于：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入氢氧化钠或氢氧化钾、表面活性剂、硅酸钠，搅拌10～30分钟，使其完全溶解均匀，过滤，出料。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明运用独特的配方科学配制制绒剂，采用聚氧乙烯醚系列表面活性剂，能大大降低制绒剂的表面张力，实现了缓释型均匀气泡释放技术，满意保证制绒后所有角锥体边长减小，平面内分布相当均匀，同时还缩短了工艺时间，提高了工效。
②制绒剂使太阳能电池表面生成均匀的金字塔结构，增加了光吸收比表面积，减少光反射损失，显著提高了光电转换效率。
③制绒剂用于单晶硅太阳能电池表面粗糙化时，其工艺操作很方便，易于控制，无易挥发物质，不污染环境，可重复性佳，可广泛用于对单晶硅太阳能电池表面的处理，应用前景极为看好。
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：目前常用的制绒剂(NaOH+异丙醇)腐蚀后的硅片扫描电镜照片；
图2：本发明制绒剂腐蚀后的硅片扫描电镜照片。
具体实施方式：
单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，由氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)、聚氧乙烯醚系列表面活性剂、硅酸钠(Na2SiO3)和去离子水组成，其含量：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～10％，表面活性剂1～200ppm，硅酸钠0.5％～5％，去离子水85.0％～98.0％。表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性剂，具体可采用辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚等。
理想的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂配方优选：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～4％，表面活性剂1～50ppm，硅酸钠0.5～2％，去离子水94.0％～98.0％。
单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂的制造工艺：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入氢氧化钠或氢氧化钾、表面活性剂、硅酸钠，一般先溶解碱再加表面活性剂，搅拌10～30分钟，使其完全溶解均匀，过滤，出料。
本发明制绒剂用于腐蚀单晶硅太阳能电池时：将硅片经表面清洗，然后放入制绒剂中腐蚀，腐蚀温度一般为50～100℃，腐蚀时间5～60分钟，最后将腐蚀后的硅片用去离子水进行清洗。
实施例1：
先将94.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入4kg氢氧化钾、50ppm辛基酚聚氧乙烯醚、2kg硅酸钠，搅拌20分钟，使其完全溶解，过滤，出料，获得制绒剂。
取P型(100)晶面直拉单晶硅片，先进行表面清洗，然后将硅片放入上述制得的制绒剂中，在80℃下腐蚀20分钟，腐蚀后的硅片经去离子水冲洗，便完成了表面处理。如图1可见，在硅片表面形成金字塔结构，大小均匀，覆盖率高。
实施例2：
先将98.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入1.5kg氢氧化钠、1ppm壬基酚聚氧乙烯醚、0.5kg硅酸钠，搅拌10分钟，使其完全溶解，过滤，出料，获得制绒剂。
取P型(100)晶面直拉单晶硅片，先进行表面清洗，然后将硅片放入上述制得的制绒剂中，在50℃下腐蚀60分钟，腐蚀后的硅片经去离子水冲洗，即完成表面处理。
实施例3：
先将85.0kg去离子水加入分散锅中，搅拌下加入10kg氢氧化钾、200ppm壬基酚聚氧乙烯醚、5kg硅酸钠，搅拌30分钟，使其完全溶解，过滤，出料，获得制绒剂。
取P型(100)晶面直拉单晶硅片，先进行表面清洗，然后将硅片放入上述制得的制绒剂中，在100℃下腐蚀2分钟，腐蚀后的硅片经去离子水冲洗，即完成表面处理。
比较例
用2kg的NaOH、8kg的异丙醇和1kg的硅酸钠溶于89kg的去离子水中制得制绒剂。取P型(100)晶面直拉单晶硅片，先进行表面清洗，然后将硅片放入制得的制绒剂中，在90℃下腐蚀30分钟，腐蚀后的硅片经去离子水冲洗，完成了表面处理。如图2可见，在硅片表面形成金字塔结构，但大小不一，形状不规则，金字塔比较杂乱。
经检测，制绒剂的主要技术性能指标见表1。
表1
  检测项目   实施例1   实施例2   实施例3   比较例
  角锥体边长   3.2～5.7um   3.4～5.3um   3.0～6.0um   ＞10um
  检测项目   实施例1   实施例2   实施例3   比较例
  角锥体分布   均匀、规则   均匀、规则   均匀、规则   杂乱、不规则
  制绒时间   10min   16min   20min   ＞30min
本发明运用独特的科学配方对NaOH或KOH、表面活性剂、Na2SiO3进行了科学的配制，采用聚氧乙烯醚系列表面活性剂，大大降低制绒剂的表面张力，实现了缓释型均匀气泡释放技术，有效保证了制绒后所有角锥体边长减小，平面内分布相当均匀，同时还缩短了工艺时间，明显提高了工效。
使用本发明制绒剂，成功实现硅片表面均匀分布边长为3～6um的角锥体，从而，显著增加了光吸收比表面积，减少光反射损失，提高光电转换效率。缩短了制绒工艺时间，从目前的30min减少到10～20min；增强了制绒剂的制绒能力，延长寿命30～40％。
制绒剂用于单晶硅太阳能电池表面粗糙化时，工艺操作相当方便，易控制，腐蚀时间短，腐蚀温度较低，无易挥发物质，不污染环境，可重复性好，易于实现大规模生产与应用，值得在业内广泛推广。
以上具体描述了本发明技术方案的应用实例，它们仅作为例子给出，不视为对本发明的应用限制。凡操作条件的等同替换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，其特征在于包含以下成分(重量百分比)：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～10％，表面活性剂1～200ppm，硅酸钠0.5％～5％，去离子水85.0％～98.0％。
2.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：氢氧化钠或氢氧化钾1.5％～4％，表面活性剂1～50ppm，硅酸钠0.5～2％，去离子水94.0％～98.0％。
3.根据权利要求1或2所述的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂，其特征在于：所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列表面活性剂，具体是辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚。
4.制造权利要求1所述的单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂的方法，其特征在于：先将去离子水加入分散锅中，搅拌下加入氢氧化钠或氢氧化钾、表面活性剂、硅酸钠，搅拌10～30分钟，使其完全溶解，过滤，出料。
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