CN102086431A

CN102086431A - 用于太阳能电池基板的洗净液组成物

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Publication number: CN102086431A
Application number: CN2009102542615A
Authority: CN
Inventors: 蔡宇杰
Original assignee: Chi Mei Industrial Co Ltd
Current assignee: Chi Mei Corp; Chi Mei Industrial Co Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: CN102086431B

Abstract

本发明涉及一种用于太阳能电池基板的洗净液组成物，特别是提供一种针对太阳能电池用基板表面微结构，具有洗净力强、消泡性佳、不破坏基板表面结构的洗净液组成物。该洗净液组成物包含：碱性化合物(A)、界面活性剂(B)、下记结构式(1)所表示的化合物(C)，以及水(D)。

结构式(1)，式中，m表示1或2的整数；R表示下记结构式(2)所表示的官能基。

Description

用于太阳能电池基板的洗净液组成物

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能电池基板的洗净液组成物，特别是提供一种针对太阳能电池用基板表面微结构，具有洗净力强、消泡性佳、不破坏基板表面结构的洗净液组成物。

背景技术

太阳能电池，如图1所示，通常是于基板1表面上，以氧化锌、氧化锡或者是氧化铟锡等金属氧化物形成透明电极2，再以非结晶(amorphous)硅、结晶硅或者是金属化合物等，形成光电转换3(Photoelectric converter)，最后以金、银、铜、铂、钯、铝或者是钛等金属，形成内层反射电极4(Backreflective electrode)，依据上述顺序(称为Superstrate型)或者是逆顺序(称为Substrate型)所形成的结构，构成太阳能电池。

其中，采用非结晶硅作为光电转换层的太阳能电池，因其具薄膜化及低成本的优点而受到瞩目。该非结晶硅的太阳能电池的制造流程，一般采干式制法(Dry process)，例如，先于基板上以溅镀法(sputter)成膜方式形成透明电极，再以化学气相沉积法(CVD，Chemical Vapor Deposition)成膜方式形成非结晶硅的光电转换层，最后以溅镀法成膜方式形成内层反射电极。

太阳能电池的性能中，光电转换效率极具重要性。其中，光电转换材料的选择及成膜方法的控制为转换效率的主要控制要因。此外，透明电极的表面形状对于光电转换层的形成及其光电转换率亦具有重大的影响力。

通常，为了让入射的太阳光5充分分散、提高太阳光的使用效率，透明电极的表面结构必须有适当的粗糙度(Root Mean Square roughness)，一般是于透明电极表面上形成凹凸微结构，利用光经过透明电极时产生各方向的折射来增加光的行经路径，进而增加太阳能电池的光电转换率。

但是，上述具有凹凸微结构的透明电极基板极不易清洗，此将影响透明电极基板的洁净度，进而降低光电转换层的镀膜品质，最终降低光电转化效率。目前业界改善的方式，乃是采用特定的基板洗净液组成物先行清洗具有凹凸微结构的透明电极。如日本特开2005-146171、2007-254510号公开特许公报所揭示，以含炔类(acetylene)界面活性剂，如：2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇(2，4，7，9-Tetramethyl-5-decyne-4，7-diol)作为具有凹凸微结构的透明电极基板洗净液组成物。然而，使用该洗净液组成物清洗具有透明电极的太阳能电池用基板时，仍有洗净力不佳、消泡性不佳、易破坏基板表面结构等问题的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有洗净力强、消泡性佳、不破坏基板表面结构的太阳能电池用基板的洗净液组成物。

该洗净液组成物包含：碱性化合物(A)、界面活性剂(B)、下记结构式(1)所表示的化合物(C)[以下简称化合物(C)]，以及水(D)。

结构式(1)

式中，m表示1或2的整数；R表示下记结构式(2)所表示的官能基。

结构式(2)

式中，n表示3至7的整数。

以下逐一对本发明各组成做详细的说明：

[碱性化合物(A)]

本发明所使用的碱性化合物(A)包含无机碱性化合物(A-1)及/或有机碱性化合物(A-2)。

本发明的无机碱性化合物(A-1)的具体例，如：氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵等的碱金属氢氧化物；磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾等的碱金属或铵的磷酸塩类；硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾等的碱金属硅酸塩类；碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾等的碱金属碳酸塩类；硼酸锂、硼酸钠、硼酸钾等的碱金属硼酸塩类。这些无机碱性化合物(A-1)可以单独一种使用或者混合复数种使用。

本发明的无机碱性化合物(A-1)，对于去除太阳能电池用基板上的脏污、有机物、聚合物、金属氧化物、硅氧化物等，具有良好的效果。无机碱性化合物(A-1)中，以碱金属氢氧化物为较佳。

本发明的有机碱性化合物(A-2)包含氢氧四级铵基盐类化合物及有机胺类的有机碱性化合物。上述氢氧四级铵基盐类化合物的具体例，如：氢氧四甲铵(tetramethyl ammonium hydroxide)、氢氧四乙胺(tetraethyl ammoniumhydroxide)、氢氧四丙胺(tetrapropyl ammonium hydroxide)、氢氧四丁胺(tetrabutyl ammonium hydroxide)、2-羟基-氢氧三甲铵(2-hydroxyl trimethylammonium hydroxide)等化合物；而有机胺类的具体例，如：单甲胺(monomethylamine)、二甲胺(dimethylamine)、三甲胺(trimethylamine)、二乙胺(diethylamine)、三乙胺(triethylamine)、单异丙胺(monoisopropylamine)、二-异丙胺(di-isopropylamine)、单乙醇胺(monoethanolamine)、二乙醇胺(diethanolamine)、三乙醇胺(triethanolamine)、2-(2-胺基乙氧基)乙醇(2-(2-aminoethoxy)ethanol)、单异丙醇胺(monoisopropanolamine)、二异丙醇胺(diisopropanolamine)、三异丙醇胺(triisopropanolamine)、正乙基乙醇胺(N-ethyl ethanolamine)、正丁基乙醇胺(N-butyl ethanolamine)、N，N-二甲基乙醇胺(N，N-dimethyl ethanolamine)、N，N-二甲基丙醇胺(N，N-dimethylpropanolamine)、N，N-二甲基异丙醇胺(N，N-dimethyl isopropanolamine)等化合物。这些有机碱性化合物(A-2)可以单独一种使用或者混合复数种使用。

本发明的有机碱性化合物(A-2)的中，以单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-(2-胺基乙氧基)乙醇，以及单异丙醇胺为较佳。

本发明的无机碱性化合物(A-1)虽然可分解脏污，但因清洗太阳能基板时，其清洗过程属于皂化反应，故需要较高的活化能(反应温度)与反应时间，若将无机碱性化合物(A-1)与有机碱性化合物(A-2)并用，藉由有机碱性化合物(A-2)以溶解方式协助去除脏污，则有利于整体洗净效率的提升。因此，本发明的太阳能电池用基板的洗净液组成物中，以无机碱性化合物(A-1)与有机碱性化合物(A-2)并用的方式较佳。

[界面活性剂(B)]

本发明的界面活性剂(B)包含阴离子型界面活性剂、阳离子型界面活性剂、非离子型界面活性剂及两性型界面活性剂。

本发明的阴离子型界面活性剂包含高级脂肪酸盐、高级醇硫酸酯或其盐类、高级醇磺酸盐、硫酸化脂肪酸盐、高级醇醚的磺酸盐、以高级醇醚取代的醋酸盐、磺基琥珀酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基苯酚磺酸盐、烷基萘磺酸盐、酰胺醚羧酸或其盐类、醚羧酸或其盐类、N-酰基-N-甲基牛磺酸或其盐类、酰胺醚硫酸酯或其盐类、N-酰基麸胺酸或其盐类、N-酰胺乙基-N-羟乙基醋酸或其盐类、N-酰基-β-丙胺酸或其盐类、N-酰基-N-羧基乙基牛磺酸或其盐类、N-酰基-N-羧基乙基甘胺酸或其盐类等。此等阴离子型界面活性剂的具体例，如：商品名ABLUSOL M70、ABLUSOL DA6、ABLUSOL NLA、ABLUSOL NP6SF(台界化学制，即台界化学股份有限公司的产品)等。

本发明的阳离子型界面活性剂包含十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵等的烷基(碳数10～20)三甲基铵盐；二(十八烷基)二甲基氯化铵、二烷基(碳数12～18)二甲基氯化铵等的二烷基二甲基铵盐；烷基(碳数12～18)二甲基苯甲基氯化铵等烷基(碳数8～16)二甲基苯甲基铵盐；取代苯二甲烃铵盐；苯乙基铵盐等。此等阳离子型界面活性剂的具体例，如：商品名ABLUMINE 1212、ABLUMINE 1618、ABLUMINE TMC、ABLUMINE TMS、ABLUMINE DD、ABLUMINE DL、ABLUMINE DHT75、ABLUSOFT OA300、ABLUSOFT ALM90、ABLUTEXAN、ABLUMINE O(台界化学制)等。

本发明的非离子型界面活性剂包含聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯伸烷基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、烷基多糖苷、蔗糖脂肪酸酯、烷基聚甘油醚等。此等非离子型界面活性剂的具体例，如：商品名ABLUNOLDE-5、ABLUNOL AEO-1、ABLUNOL TDE-9、ABLUNOL NP-9、ABLUNOLCO-25、ABLUNOL PEG400、ABLUNOL S-60、ABLUNOL T-60(台界化学制)；Sinopol 864、Sinopol 965、Sinopol 1109、Sinopol 1213、Sinopol 1536、Sinoponic P-PE64、Sinopol E8008、R-TL-431(中日合成化学制)等。

本发明的两性型界面活性剂包含烷基二甲基胺氧化物等胺基氧化物、烷基-N，N-二甲基醋酸甜菜碱、脂肪酸酰胺基丙基-N，N-二甲基醋酸甜菜碱、烷基羧基甲基羟乙基咪唑啉甜菜碱、烷基羟基硫代甜菜碱等甜菜碱等等。此等两性型界面活性剂的具体例，如：商品名ABLUTER CPB、ABLUTER DCM、ABLUTER CPS(台界化学制)等。

上述的界面活性剂(B)中，非离子型界面活性剂在碱性环境下的洗净力、经时安定性、消泡性等特性皆较优于阳离子、阴离子型或两性界面活性剂，因此本发明的界面活性剂(B)以采用非离子型界面活性剂较佳。

前述界面活性剂(B)可单独一种或混合复数种以上使用。

本发明的太阳能电池用基板的洗净液组成物中，基于碱性化合物(A)100重量份，界面活性剂(B)的使用量介于5～60重量份，较佳为10～50重量份，更佳为15～45重量份。界面活性剂(B)的使用量小于5重量份时，会造成洗净力下降、湿润性不佳、与基板的接触角过高的问题；界面活性剂(B)的使用量大于60重量份时，容易有泡沫过高而降低制程可操作条件的范围。

[化合物(C)]

本发明的太阳能电池用基板的洗净液组成物中，包含下记结构式(1)所表示的化合物(C)。

结构式(1)

结构式(2)

式中，n表示3至7的整数。

本发明的结构式(1)所表示的化合物(C)的具体例，如：商品名SURFYNOL MD-20、SURFYNOL MD-30(Air products制)。

本发明的太阳能电池用基板的洗净液组成物中，基于碱性化合物(A)100重量份，化合物(C)的使用量介于1～10重量份，较佳为2～9重量份，更佳为3～8重量份。化合物(C)的使用量小于1重量份时，除了造成洗净力下降的外，也会有消泡性变差的问题；化合物(C)的使用量大于10重量份时，容易造成洗净液分散相混浊，洗净力下降与洗净液残留等问题。

[水(D)]

一般而言，太阳能电池用基板的洗净液组成物系以水作为分散媒介，由于具有低毒性、不具引火性，以及管理容易、废液处理简便及成本低廉等优点，因此，目前水已成为洗净液组成物的主要分散媒介。本发明的水(D)包含超纯水、纯水、离子交换水或者是蒸馏水等。其中，以超纯水、纯水为较佳，最佳为超纯水。此处，所谓的纯水及超纯水是由自来水通过活性碳、离子交换处理、蒸馏处理后，必要时以紫外光照射杀菌或者是通过过滤器而得。根据25℃的电阻值来区分，电阻值在1MΩ·cm以上即可称为纯水，电阻值在10MΩ·cm以上即可称为超纯水。

本发明的太阳能电池用基板的洗净液组成物中，基于碱性化合物(A)、界面活性剂(B)、化合物(C)的合计量100重量份，水(D)的使用量介于500～55,000重量份，较佳为700～50,000重量份，更佳为900～45,000重量份。当水(D)的使用量小于500重量份时，容易有洗剂残留与破坏太阳能电池用基板表面微结构的问题；水(D)的使用量大于55,000重量份时，会有洗净力下降的问题。

附图说明

图1是太阳能电池用基板结构的剖面图。

符号说明：

1 基板； 2 透明电极； 3 光电转换层；

4 内层反射电极； 5 太阳光

具体实施方式

以下，经由实施例对本发明进行更具体的说明，但是本发明并不局限于这些实施例。在以下的实施例及比较例中，按照以下的方法进行对所调制的洗净液组成物评价。

[用于太阳能电池基板的洗净液组成物的实施例及比较例]

实施例1

如表1所示，洗净液组成物包含35重量份的氢氧化钾(Potassiumhydroxide，以下简称A-1-1)、65重量份的单乙醇胺(Monoethanolamine，以下简称A-2-1)、40重量份的界面活性剂SINOPONIC P-PE64(中日合成化学制，以下简称B-1)、2重量份的化合物(C)SURFYNOL MD-20(Air products制，以下简称C-1)，以及1,278重量份的水。上述各成份以摇动式搅拌器混合均匀，以下记各评价方式进行评价，所得结果如表1所示。

【评价方式】

洗净力

将表面具有凹凸微结构氧化锡的太阳能电池用玻璃基板(旭硝子制，型号：A180U80，尺寸350mm×300mm、均方根粗糙度「Root Mean Squareroughness」为30nm)浸泡在洗净液组成物中，恒温水槽控制在40℃，并以超音波(功率135W，频率42kHz)震荡1分钟后，以500ml纯水润洗太阳能电池用基板，然后以高压空气吹干。再以接触角分析仪(KSV Instruments制，型号：CAM 100)测定纯水在太阳能电池用基板上的接触角，并根据如下的基准评价：

○：接触角＜10度。

△：10度≤接触角≤20度。

×：接触角＞20度。

基板损伤

由评价方式(一)所得的太阳能电池用基板，使用扫描式电子显微镜(HITACHI制，型号：S-4800)以3万倍率观察太阳能电池用基板表面是否有腐蚀、剥离等损伤现象。

○：没有损伤现象发生。

×：有损伤现象发生。

消泡性

取50ml洗净液组成物，倒入100ml量筒，上下震荡20回后，量测泡沫高度(T1)，静置30秒后，再次量测泡沫高度(T2)，并根据如下的基准评价：

消泡率＝(T1-T2)/T1×100％

○：消泡率＞80％

△：50％≤消泡率≤80％

×：消泡率＜50％

实施例2

同实施例1的操作方法，不同之处是改变碱性化合物(A)的种类及用量，界面活性剂(B)的种类及用量，化合物(C)的用量，以及水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

实施例3

同实施例1的操作方法，不同之处是改变碱性化合物(A)的种类及用量，界面活性剂(B)的用量，化合物(C)的用量，以及水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

实施例4

同实施例1的操作方法，不同之处是改变碱性化合物(A)的种类及用量，界面活性剂(B)的种类及用量，化合物(C)的种类及用量，以及水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

实施例5

实施例6

比较例1

同实施例1的操作方法，不同之处是改变界面活性剂(B)的用量，以及水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

比较例2

同实施例1的操作方法，不同之处是改变界面活性剂(B)的种类及用量，以及水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

比较例3

同实施例1的操作方法，不同之处是改变化合物(C)的用量，以及水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

比较例4

同实施例1的操作方法，不同之处是改变水(D)的用量，其详细资料及评价结果载于表1。

比较例5

比较例6

同实施例1的操作方法，不同之处是改变碱性化合物(A)的种类及用量，界面活性剂(B)的种类及用量，水(D)的用量，以及未添加化合物(C)，其详细资料及评价结果载于表1。

比较例7

同实施例1的操作方法，不同之处是改变界面活性剂(B)的种类及用量，水(D)的用量，以及未添加化合物(C)，其详细资料及评价结果载于表1。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

表1是本发明的用于太阳能电池基板的洗净液组成物的各实施例与比较例的组成比例及评价结果。具体见下页，其中：

A-1-1：氢氧化钾(Potassium hydroxide)

A-1-2：氢氧化钠(Sodium hydroxide)

A-1-3：碳酸钠(Sodium carbonate)

A-1-4：碳酸氢钠(Sodium hydrogen carbonate)

A-2-1：单乙醇胺(Monoethanolamine)

A-2-2：单异丙醇胺(Monoisopropanolamine)

B-1：SINOPONIC P-PE64(Polyoxypropylene Polyoxyethylene Ether，聚氧丙烯聚氧乙烯醚，中日合成化学制)

B-2：SINOPOL E8008(Polyoxyethylene 2-Ethylhexyl ether，聚氧乙烯2-乙基己基醚，中日合成化学制)

B-3：SURFYNOL 104(2，4，7，9-Tetramethyl-5-decyne-4，7-diol，Air products制)

B-4：SURFYNOL 485(2，4，7，9-Tetramethyl-5-decyne-4，7-diol ethoxylated with 30moles of ethylene oxide，Air products制)

C-1：SURFYNOL MD-20(Air products制)

C-2：SURFYNOL MD-30(Air products制)

Claims

1.一种用于太阳能电池基板的洗净液组成物，其特征在于，该组成物包含碱性化合物(A)、界面活性剂(B)、下记结构式(1)所表示的化合物(C)以及水(D)；

结构式(1)

式中，m表示1或2的整数；R表示下记结构式(2)所表示的官能基；

结构式(2)

式中，n表示3至7的整数；

其中，基于碱性化合物(A)100重量份，界面活性剂(B)的使用量介于5～60重量份，结构式(1)所表示的化合物(C)的使用量介于1～10重量份；

基于碱性化合物(A)、界面活性剂(B)及结构式(1)所表示的化合物(C)的合计量100重量份，水(D)的使用量介于500～55,000重量份。

2.根据权利要求1所述的洗净液组成物，其特征在于，基于碱性化合物(A)100重量份，界面活性剂(B)的使用量为10～50重量份。

3.根据权利要求2所述的洗净液组成物，其特征在于，基于碱性化合物(A)100重量份，界面活性剂(B)的使用量为15～45重量份。

4.根据权利要求1所述的洗净液组成物，其特征在于，基于碱性化合物(A)100重量份，化合物(C)的使用量为2～9重量份。

5.根据权利要求4所述的洗净液组成物，其特征在于，基于碱性化合物(A)100重量份，化合物(C)的使用量为3～8重量份。

6.根据权利要求1所述的洗净液组成物，其特征在于，基于碱性化合物(A)、界面活性剂(B)及化合物(C)的合计量100重量份，水(D)的使用量为700～50,000重量份。

7.根据权利要求6所述的洗净液组成物，其特征在于，基于碱性化合物(A)、界面活性剂(B)及化合物(C)的合计量100重量份，水(D)的使用量为900～45,000重量份。