CN102093925A - 一种太阳能硅片切割液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能硅片切割液，其含有聚乙二醇，分散剂，表面活性剂，消泡剂和鳌合剂。本发明的太阳能硅片切割液能提高碳化硅的分散性和再分散性，确保了浆料的稳定性和持久性；可实现100％使用回收碳化硅，大大降低了成本；可降低切片的表面损伤，机械应力，热应力及金属离子对硅片的污染，有利于硅片后道清洗，提高了后端太阳能电池的转化效率；能有效地改善硅片的厚度误差，提高切割良率。

Description

一种太阳能硅片切割液

技术领域

本发明涉及一种太阳能硅片切割液，具体涉及一种含有聚乙二醇，分散剂，表面活性剂，消泡剂和鳌合剂的太阳能硅片切割液。

背景技术

太阳能硅片切割一般是使用硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质，为使碳化硅微粉在切削过程中分散均匀，同时及时带走切削过程中产生的巨大的摩擦热，通常需先将碳化微粉按照一定比例加入到切割液中，并充分分散，配置成均匀稳定的切割砂浆后再用于硅片切割。使用碳化硅微粉作为介质在太阳能硅片线切割过程中，整个机理是使碳化硅微粉颗粒持续快速冲击硅棒表面，利用碳化硅颗粒的坚硬特性和锋利菱角将硅棒逐步截断，这一过程会伴随着较大的摩擦热释放，同时由于碳化硅颗粒与硅棒之间的碰撞和摩擦而产生的破碎碳化硅颗粒和硅颗粒也将混入切割体系中。为了避免被切割开的硅片受切割体系温度升高的影响而发生翘曲和其表面被细碎颗粒过度研磨而影响其光洁度，必须设法将切割热及破碎颗粒及时带出切割体系，因此切割液的主要作用是使砂浆具有良好的流动性，碳化硅颗粒能够在切割体系中均匀稳定的分散，在钢线的高速运动中以均匀平稳的切割力场作用于硅棒表面，同时及时带走切割热和破碎颗粒，保证硅片的表面质量。

随着整个太阳能行业的快速发展，以及市场的影响，对太阳能硅片切割液提出了更高的要求：1更好的分散和再分散碳化硅的能力；2TTV和厚度的匀一性更高；3能满足中央供砂系统，不会出现沉积现象；4低廉的价格5；可以满足使用回收碳化硅的要求。

针对国内外现有的切割液，都存在再分散能力差的弱点，在长时间放置后，会出现碳化硅的沉积，发生团聚现象，再次搅拌，也不能使碳化硅再次分散在切割液中。

对于市场大量得到的回收碳化硅低廉的价格，硅片供应商都在试图寻求各种各样的方式来提高回收碳化硅的用量，从根本上降低切割成本。但是由于回收工艺和技术上的限制，以及回收砂本上颗粒棱角的磨损，使回收砂除了切割能力下降以外，还会含有少量的金属离子和硅颗粒。对于现有的切割液来说，针对现有回收砂，很难解决其含有的金属离子和硅粉存在所引起的硅片质量下降，不容易清洗，导电转化低等问题。

本发明提供一种新型的太阳能硅片切割液，可提高碳化硅的稳定性，具有很强的再分散能力，可实现100％回收碳化硅的使用，可提高切割良品率，大大降低了切割成本，是一种环境友好材料。

发明内容

本发明是为了解决在太阳能硅片切割过程中，提高碳化硅的稳定性，实现100％回收碳化硅的使用，提高切割良品率。

本发明所述的太阳能硅片切割液，含有聚乙二醇组分，分散剂，表面活性剂，消泡剂和鳌合剂。

在本发明中，所述的聚乙二醇组分可由一种分子量的聚乙二醇组成。

在本发明中，所述的聚乙二醇组分可由两种分子量不同的聚乙二醇组成。

在本发明中，所述的聚乙二醇的分子量为100-600。由于聚乙二醇是非离子型聚合物，并且可以与水进行任意比例互溶等其自身存在的特性，因此聚乙二醇(PEG)的性能特点作为硅片切割液的主体以及硅片的加工过程起着无可替代的作用。

在本发明中，所述的聚乙二醇的质量百分含量为60～95％。

在本发明中，所述的分散剂选自丙烯酸、甲基丙酸酸、乙基丙烯酸、烯基磺酸、苯乙烯磺酸、马来酸酐、烷基丙烯氧基磺酸、丙烯酰胺基磺酸中的一种或多种为单体单元而得到的均聚物或共聚物中的一种或多种的组成。

在本发明中，所述的均聚物或共聚物的分子量为600-5000，其中优选分子量是800-3000，最优选1000-2000。

在本发明中，所述的分散剂的质量百分含量为0.1～16％。

在本发明中，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或阳离子表面活性剂。

在本发明中，所述的阴离子表面活性剂选自改性的硅氧烷和聚硅氧烷、烷基取代的苯磺酸碱金属盐、长链脂肪族硫酸盐的碱金属或长链脂肪族硫酸盐的非金属盐、自醇类和碱性酚所衍生的碱金属或自醇类和碱性酚所衍生的非金属醚硫酸盐、碱金属磺酸基琥珀酸盐或非金属磺酸基琥珀酸盐中的一种或多种。

在本发明中，所述的阴离子表面活性剂为具有12～25个碳原子的烷基二甲胺氧化物，所述烷基二甲胺氧化物具有水互溶性和/或可分散性。

在本发明中，所述的阴离子表面活性剂选自N，N-二甲基-1-十四烷胺氧化物、N，N-二甲基-1-十八烷胺氧化物、月桂酰肌胺酸钠、二苯醚磺酸盐、十六基二苯醚二磺酸、十二烷基二苯醚二磺酸、癸基二苯醚二磺酸的碱金属盐和/或癸基二苯醚二磺酸的非金属盐中的一种或多种。

在本发明中，所述的阴离子表面活性剂为C₁₀-C₁₈烷基苯磺酸盐。

在本发明中，所述的阳离子选自氯化硬脂基二甲基苄基铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵和/或苄基三甲基氢氧化铵中的一种或多种。

在本发明中，所述的表面活性剂的质量百分含量为0.3～20％。

在本发明中，所述的消泡剂选自聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷、聚丙基硅氧烷、聚丁基硅氧烷、聚甲基乙基硅氧烷和/或聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。

在本发明中，所述的消泡剂的质量百分含量为0.1～5％。

在本发明中，所述的鳌合剂为含有多个官能团的芳基化合物。

在本发明中，所述的鳌合剂选自苯二酚、邻巯基苯酚、邻羟基苯甲酸、连苯三酚和/或没食子酸中的一种或多种。

在本发明中，所述的鳌合剂的质量百分含量为0.5～4％。

本发明的积极进步效果在于：

1)提供了一种高效的太阳能硅片线切割液，提高碳化硅的分散性和再分散性，确保了浆料的稳定性和持久性。

2)提高了回收碳化硅的使用量，可以实现100％使用回收碳化硅，大大降低了成本。

3)具有很好的冷却和润滑作用，降低了切片的表面损伤，机械应力，热应力及金属离子对硅片的污染，有利于硅片后道清洗，提高了后端太阳能电池的转化效率。

4)能有效地改善硅片的厚度误差，提高切割良率。

5)便于进行回收，是一种绿色环保材料。

6)可实现中央供砂系统，让工艺更加自动化，提高效率。

具体实施方式

制备实施例

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下述实施例中，百分比均为质量百分比。

表1给出了本发明的太阳能硅片切割液实施例1～13的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，即可制得太阳能硅片切割液。

表1太阳能硅片切割液制备实施例1～13

实施例	聚乙二醇	分散剂	表面活性剂	消泡剂	鳌合剂
						1	聚乙二醇100，83.7％	聚丙烯酸(分子量1600)，6％	月桂酰肌胺酸钠，7.6％	聚甲基硅氧烷，0.1％	邻苯二酚，1％
2	聚乙二醇200，93％	聚乙基丙烯酸(分子量1200)，2.2％	N，N-二甲基-1-十四烷胺基氧化钠，3.5％	聚二甲基硅氧烷，0.3％	邻苯二酚，1％
						3	聚乙二醇400，92.1％	聚丙烯酸(分子量1600)，1.2％；聚马来酸酐(分子量600)，1.4％	N，N-二甲基-1-十八烷胺基氧化钠，3.8％	聚二甲基硅氧烷，0.3％	连苯三酚，1.2％
4	聚乙二醇100，75％；聚乙二醇600，18.15％	丙烯酸-马来酸酐共聚物，分子量1200，2％	四甲基氢氧化铵，3.4％	聚丙基硅氧烷，0.25％	邻巯基苯酚，1.2％
						5	聚乙二醇200，90.5％	甲基丙烯酸-马来酸酐共聚物，分子量1600，3.4％	四乙基氢氧化铵，2.0％；四丙基氢氧化铵2.2％。	聚乙基硅氧烷，0.5％	没食子酸，1.4％

6	聚乙二醇100，55％；聚乙二醇400，37.6％	聚甲基丙烯酸(分子量1200)，1.2％；丙烯酸与苯乙烯磺酸共聚物(分子量1800)，0.8％	二苯醚磺酸钠，1.4％；十二烷基二苯醚二磺酸，2.2％	聚甲基乙基硅氧烷，0.8％	邻巯基苯酚，0.5％；邻苯二酚，0.5％
						7	聚乙二醇200，60％；聚乙二醇100，22％	聚苯乙烯磺酸(分子量1000)，6.2％	四甲基氢氧化铵4.0，四丁基氢氧化铵，3.8％	聚甲基硅氧烷1.0％，聚乙基硅氧烷1.0％	邻羟基苯甲酸，2％
8	聚乙二醇200，50％。聚乙二醇100，37.8％	烯基磺酸与马来酸酐共聚物(分子量1600)，4.2％	氯化硬脂二甲基苄基铵，5.6％	聚甲基乙基硅氧烷，1.4％	没食子酸，1.0％
						9	聚乙二醇100，61.8％聚乙二醇400，30％	聚烷基丙烯氧基磺酸(分子量1200)，2.0％	12烷基苯磺酸钠，1.0％，四甲基氢氧化铵，2.8％	聚丁基硅氧烷，1.0％	邻苯二酚，1.0％；连苯三酚，0.4％
10	聚乙二醇200，90％	聚丙烯酰胺基磺酸(分子量1000)，3.2％	苄基三甲基氢氧化铵，4.4％	聚甲基硅氧烷1.2％	邻苯二酚，1.2％
						11	聚乙二醇100，60％	马来酸酐-丙烯酸共聚物(分子量800)，16％	四甲基氢氧化铵，20％	聚甲基硅氧烷，2％	没食子酸，2％

12	聚乙二醇200，95％	马来酸酐-丙烯酸共聚物(5000)，0.1％	四乙基硅氧烷，0.3％	聚甲基硅氧烷，0.6％	没食子酸，4.0％
						13	聚乙二醇200，88％	马来酸酐-丙烯酸共聚物(分子量1200)，2.5％	四甲基氢氧化铵，4％	聚甲基乙基硅氧烷，5％	连苯三酚，0.5％

使用实施例2-10和市面上的切割液，用100％的回收砂进行进行配置，按切割液与SiC比例为53∶47进行切割砂浆的配置，结果如表2所示。

表2实施例2-10与市场切割液配制切割砂浆比较

	静置1天SiC高度	静置3天SiC高度	静置7天SiC高度	重新摇晃SiC高度
					实施例2	5.8cm	5.4cm	3.8cm	SiC重新分散在切割液中

实施例3	6cm	5.2cm	3.2cm	SiC重新分散在切割液中
					实施例4	6cm	5.1cm	3.2cm	SiC重新分散在切割液中
实施例5	6cm	5.1cm	3.2cm	SiC重新分散在切割液中
					实施例6	5.8cm	5.4cm	3.6cm	SiC重新分散在切割液中
实施例8	6.1cm	5.4cm	3.4cm	SiC重新分散在切割液中
					实施例9	6cm	5.1cm	3.0cm	SiC重新分散在切割液中
实施例10	5.8cm	5.0cm	3.2cm	SiC重新分散在切割液中
					市场切割液	4.8cm	3.0cm	1.8cm	1.8cm

从表2中可以看出本发明的切割液比一般切割液具有更好的分散性和再分散性，并且可以使用100％回收SiC进行切割砂浆的配置，大大降低了成本。

Claims (21)

1.一种太阳能硅片切割液，含有聚乙二醇组分，分散剂，表面活性剂，消泡剂和鳌合剂。

2.根据权利要求1所述的切割液，所述的聚乙二醇组分由一种分子量的聚乙二醇组成。

3.根据权利要求1所述的切割液，所述的聚乙二醇组分由两种分子量不同的聚乙二醇组成。

4.根据权利要求2或3所述的切割液，所述的聚乙二醇的分子量为100-600。

5.根据权利要求1所述的切割液，所述的聚乙二醇组分的质量百分含量为60～95％。

6.根据权利要求1所述的切割液，所述的分散剂选自由丙烯酸、甲基丙酸酸、乙基丙烯酸、烯基磺酸、苯乙烯磺酸、马来酸酐、烷基丙烯氧基磺酸、丙烯酰胺基磺酸中的一种或多种为单体单元而得到的均聚物或共聚物中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的切割液，所述的均聚物或共聚物的分子量为600-5000。

8.根据权利要求1所述的切割液，所述的分散剂的质量百分含量为0.1～16％。

9.根据权利要求1所述的切割液，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或阳离子表面活性剂。

10.根据权利要求9所述的切割液，所述的阴离子表面活性剂选自改性的硅氧烷和聚硅氧烷、烷基取代的苯磺酸碱金属盐、长链脂肪族硫酸盐的碱金属或长链脂肪族硫酸盐的非金属盐、自醇类和碱性酚所衍生的碱金属或自醇类和碱性酚所衍生的非金属醚硫酸盐、碱金属磺酸基琥珀酸盐或非金属磺酸基琥珀酸盐中的一种或多种。

11.根据权利要求9所述的切割液，所述的阴离子表面活性剂为具有12-25个碳原子的烷基二甲胺氧化物。

12.根据权利要求11所述的切割液，所述的烷基二甲胺氧化物具有水互溶性和/或可分散性。

13.根据权利要求11所述的切割液，所述的阴离子表面活性剂选自N，N-二甲基-1-十四烷胺氧化物、N，N-二甲基-1-十八烷胺氧化物、月桂酰肌胺酸钠、二苯醚磺酸盐、十六基二苯醚二磺酸、十二烷基二苯醚二磺酸、癸基二苯醚二磺酸的碱金属盐和/或癸基二苯醚二磺酸的非金属盐中的一种或多种。

14.根据权利要求9所述的切割液，所述的阴离子表面活性剂为C₁₀-C₁₈烷基苯磺酸盐。

15.根据权利要求9所述的切割液，所述的阳离子选自氯化硬脂基二甲基苄基铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵和/或苄基三甲基氢氧化铵中的一种或多种。

16.根据权利要求1所述的切割液，所述的表面活性剂的质量百分含量为0.3～20％。

17.根据权利要求1所述的切割液，所述的消泡剂选自聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷、聚丙基硅氧烷、聚丁基硅氧烷、聚甲基乙基硅氧烷和/或聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。

18.根据权利要求1所述的切割液，所述的消泡剂的质量百分含量为0.1～5％。

19.根据权利要求1所述的切割液，所述的鳌合剂为含有多个官能团的芳基化合物。

20.根据权利要求19所述的切割液，所述的鳌合剂选自苯二酚、邻巯基苯酚、邻羟基苯甲酸、连苯三酚和/或没食子酸中的一种或多种。

21.根据权利要求1所述的切割液，所述的鳌合剂的质量百分含量为0.5～4％。