CN102199499A - 太阳能电池硅片清洗剂及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池硅片清洗剂及其使用方法，属于太阳能电池生产技术领域，由如下摩尔比的组分配制而成：次氯酸钠:三聚磷酸钠:磷酸钠:水=5~15:5~10:1~5:10~100。本发明清洗剂能有效去除由线切割单晶硅而产生的表面油脂及硅片内部金属杂质和粘附在硅片表面的尘埃和其它颗粒，使电池片组装组件的利用率高达97%以上，同时提高电池片转换效率到18.2%以上，电池片开路电压在632mv以上。

Description

太阳能电池硅片清洗剂及其使用方法
技术领域
本发明提供了一种太阳能电池硅片清洗剂及其使用方法，属于太阳能电池生产技术领域。
背景技术
硅片清洗对半导体工业的重要性早在50年代初就引起人们的高度重视，这是由于硅片表面沾污的杂质严重影响电池片的性能、可靠性和成品率。硅片表面的污染物的杂质可归纳为三类：（1）油脂、松香、环氧树脂、聚乙二醇等有机物；（2）金属、金属离子及一些无机化合物；（3）尘埃及其它颗粒等。硅片清洗要求即能去除各类杂质又不破坏硅片。这些杂质的污染特别是金属杂质在高温扩散中会形成晶格缺陷，严重影响到电池片的各性能指标。所以电池在生产之前一定要先清洗，以去除杂质。
清洗要分物理清洗和化学清洗，化学清洗分水溶液清洗和气相清洗，由于水溶液清洗价廉而安全，对杂质和基体选择性好，可将杂质清洗至非常低的水平，因此水溶液清洗一直占主导位置。
硅片清洗技术的发展大致可分为四个阶段，第一阶段建立了最初的化学和机制抛光，但由于处理不当，往往会造成金属杂质的重新沉淀以及金属杂质的再次污染；第二阶段从1961-1971年，使用最初的RCA-1清洗液该清洗技术的发展是清洗技术的立程碑，第三阶段从1972-1989年，这一阶段的工作主要集中于对RCA清洗化学原理，适用情况和影响因素等进行深入研究和分析，对RCA清洗技术进行改进，RCA清洗技术对环境污染比较严重；第四阶段至今，侧重于对溶液清洗机理和动力学的研究以及新型清洗技术的开发研究。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池硅片清洗剂及其使用方法，该清洗剂能有效去除由线切割单晶硅而产生的表面油脂及硅片内部金属杂质和粘附在硅片表面的尘埃和其它颗粒，使电池片组装组件的利用率高达97%以上，同时提高电池片转换效率到18.2%以上，电池片开路电压在632mv以上。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种太阳能电池硅片清洗剂，由如下摩尔比的组分配制而成：次氯酸钠: 三聚磷酸钠:磷酸钠:水=5~15: 5~10:1~5:10~100。
作为上述方案的进一步优选，所述次氯酸钠、 三聚磷酸钠、磷酸钠、水之间的摩尔比为7~12: 7~8:2~4:80~100。
一种上述太阳能电池硅片清洗剂的使用方法，包括如下步骤：将切割后的单晶硅片放在清洗剂中进行超声波清洗，其清洗时间为5分钟-20分钟，清洗温度为40℃-60℃。
作为优选，所述清洗时间为8分钟-15分钟，清洗温度为50℃-55℃。
本发明的优越性在于：1.目前硅片行业广泛使用的清洗液仍是以RCA清洗法为基础框架，该清洗法使用大量高纯度化学试剂，将增加运行成本，而且对环境污染严重，而采用此清洗剂能够克服用RCA清洗法所造成的缺点，并能达到较好的清洗效果；2.工艺简单，操作方便；3.满足环保要求。本发明提供的新型清洗剂清洗硅片的方法，满足工业化生产的目的。
本发明的有益效果在于：
1）次氯酸钠的分子式是NaClO，属于强碱弱酸盐，是一种能完全溶解于水的液体，与水的亲和性好，可与水以任意比配比，次氯酸钠的清洗原理主要是通过它的水解生成次氯酸和OH-离子，生产的OH-离子能与油脂类反应，将油脂类分解，从而能有效去除硅片表面的油脂；次氯酸在光或热的作用下再进一步分解形成新生态氧，新生态氧有极强的氧化性，能与有机物反应，从而能有效去除硅片表面的有机物。次氯酸钠在水中的水解反应方式如下：ClO -+ H2O → HClO + OH -  ，HClO 光/热→ HCl + [O]。
2）三聚磷酸钠易溶于水，对金属离子有很好的螯好合作用，能与金属离子反应从而能有效去除硅片表面的金属杂质；三聚磷酸钠对蛋白质类具有膨润增溶作用，对脂肪类物质可起到促进乳化作用，从而能有效去除硅片表面油脂类物质；三聚磷酸钠对固体粒子有分散悬浮作用，从而能有效去除硅片表面上的固体颗粒等杂质。
3）磷酸钠极易溶于水，在水中有滑腻的感觉，能增加清洗剂的润湿能力，并有一定的乳化作用，能提高清洗液的清洗效果。
4）本发明操作简单、易于生产，可有效降低生产成本，产品不含任何有机溶剂，无刺激性气味。
5）本发明与传统半导体生产常规用RCA清洗液相比，后者用到的酸量极大，而且都是强酸，气味较浓，排放对环境污染较严重，而本发明用到的次氯酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠对环境基本无毒害，不存在跑气泄漏。
6）清洗效率高，使用周期长，对硅片无腐蚀性等特点。现在市场上有售很多进口的清洗液清洗硅片，这些基本上是有机溶剂，对环境污染较严重，而且成本昂贵，本发明与传统的硅片清洗剂及进口清洗液相比单位成本下降近60％。
7）提高电池片组装组件的利用率达到97%以上及电池片转换效率在18.2%以上，电池片开路电压在632mv以上。
8）能适用于不同尺寸单晶硅太阳能电池的硅片清洗，适用于大规模生产也适用于小批量的生产。
9）用本发明清洗剂清洗过的硅片生长的二氧化硅层中固定电荷密度在1010cm-2数量级；去重金属离子能力与常规CMOS/SOS栅氧化工艺相当；溶液和硅片亲润性更佳，更利于后道的绒面制作。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不受以下实施例所限定。
实施例1：加5mol次氯酸钠、5mol三聚磷酸钠、1mol磷酸钠于100mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在55℃，超声波清洗10分钟，再用去离子水在50℃，超声漂洗10分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.25%，电池片的Voc为634mv，电池片组装成组件的利用率为97.85%。
实施例2：加15mol次氯酸钠、10mol三聚磷酸钠、5mol磷酸钠于100mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在40℃，超声波清洗20分钟，再用去离子水在50℃，超声漂洗10分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.23%，电池片的Voc为632mv，电池片组装成组件的利用率为98.35%。
实施例3：加10mol次氯酸钠、5mol三聚磷酸钠、3mol磷酸钠于100mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在50℃，超声波清洗8分钟，再用去离子水在60℃，超声漂洗5分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.31%，电池片的Voc为634mv，电池片组装成组件的利用率为98.22%。
实施例4：加7mol次氯酸钠、7mol三聚磷酸钠、2mol磷酸钠于100mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在60℃，超声波清洗15分钟，再用去离子水在60℃，超声漂洗5分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.20%，电池片的Voc为632mv，电池片组装成组件的利用率为98.05%。
实施例5：加12mol次氯酸钠、8mol三聚磷酸钠、4mol磷酸钠于100mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在45℃，超声波清洗5分钟，再用去离子水在55℃，超声漂洗8分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.17%，电池片的Voc为631mv，电池片组装成组件的利用率为97.82%。
实施例6：加10mol次氯酸钠、5mol三聚磷酸钠、3mol磷酸钠于90mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在50℃，超声波清洗8分钟，再用去离子水在50℃，超声漂洗10分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.31%，电池片的Voc为633mv，电池片组装成组件的利用率为98.25%。
实施例7：加7mol次氯酸钠、7mol三聚磷酸钠、2mol磷酸钠于80mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在60℃，超声波清洗15分钟，再用去离子水在60℃，超声漂洗5分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.22%，电池片的Voc为633mv，电池片组装成组件的利用率为98.09%。
实施例8：加7mol次氯酸钠、7mol三聚磷酸钠、2mol磷酸钠于90mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在60℃，超声波清洗15分钟，再用去离子水在60℃，超声漂洗5分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.26%，电池片的Voc为633mv，电池片组装成组件的利用率为98.12%。
实施例9：加10mol次氯酸钠、5mol三聚磷酸钠、3mol磷酸钠于70mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在50℃，超声波清洗8分钟，再用去离子水在55℃，超声漂洗5分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.30%，电池片的Voc为633mv，电池片组装成组件的利用率为98.05%。
实施例10：加7mol次氯酸钠、7mol三聚磷酸钠、2mol磷酸钠于50mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在60℃，超声波清洗15分钟，再用去离子水在55℃，超声漂洗7分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.21%，电池片的Voc为632mv，电池片组装成组件的利用率为97.93%。
实施例11：加15mol次氯酸钠、10mol三聚磷酸钠、5mol磷酸钠于10mol水中，混合均匀。将切割好的5英寸单晶硅片放入到混合均匀的太阳能电池硅片清洗剂中，且使清洗剂的温度控制在40℃，超声波清洗20分钟，再用去离子水在50℃，超声漂洗5分钟，漂洗两次，然后喷淋、烘干，最后将此单晶硅片做成太阳能电池片，该太阳能电池片的转化效率为18.21%，电池片的Voc为630mv，电池片组装成组件的利用率为97.85%。
总之，本发明太阳能电池硅片清洗剂的清洗时间、清洗温度与清洗剂中的次氯酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠摩尔浓度相协调，以达到有效去除由线切割单晶硅而产生的表面油脂及硅片内部金属杂质。采用本发明太阳能电池硅片清洗剂，操作简单，使用方便，不使用有毒强腐蚀试剂，对环境无毒害，排放符合环保要求。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种太阳能电池硅片清洗剂，其特征在于由如下摩尔比的组分配制而成：次氯酸钠: 三聚磷酸钠:磷酸钠:水=5~15: 5~10:1~5:10~100。
2.如权利要求1所述太阳能电池硅片清洗剂，其特征在于：所述次氯酸钠、 三聚磷酸钠、磷酸钠、水之间的摩尔比为7~12: 7~8:2~4:80~100。
3.一种如权利要求1所述太阳能电池硅片清洗剂的使用方法，其特征在于包括如下步骤：将切割后的单晶硅片放在清洗剂中进行超声波清洗，其清洗时间为5分钟-20分钟，清洗温度为40℃-60℃。
4.如权利要求3所述太阳能电池硅片清洗剂的使用方法，其特征在于：所述清洗时间为8分钟-15分钟，清洗温度为50℃-55℃。
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