CN102315113B - 一种具有低挥发性的太阳电池单晶硅制绒液及应用 - Google Patents
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Abstract
一种具有低挥发性的太阳电池单晶硅制绒液，由氢氧化钠或氢氧化钾、十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）、硅酸钠、异丙醇和水混合组成，制绒液中十六烷基三甲基溴化铵的质量百分比浓度大于0.5%；该制绒液用于太阳电池单晶硅片的制绒，步骤如下：1）首先对单晶硅片实施去损伤处理；2）将上述处理后的单晶硅片放入制绒液中,在水浴加热条件下进行制绒；3）取出单晶硅片，用去离子水清洗后晾干即可。本发明的优点：在碱性制绒液中加入CTMAB且其浓度大于0.5%时，增溶作用明显，且可有效降低异丙醇的挥发性，减少制绒过程中异丙醇的使用量，同时可进一步降低了溶液的表面张力，提高太阳电池单晶硅的制绒速度。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅太阳能电池的制备技术，特别是一种具有低挥发性的太阳电池单晶硅制绒液及应用。
背景技术
随着太阳能电池应用的不断普及，其生产工艺日益受到广泛关注。单晶硅太阳能电池可靠性高、寿命长，是光伏电池的主流产品。在单晶硅衬底表面制绒可以降低太阳能电池的表面反射率，增加太阳能电池的光吸收率，从而提高其光电转换效率，是单晶硅太阳能电池的主要研究方向之一。单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，即可在硅片表面产生出许多细小的金字塔状外观，从而形成陷光结构，这一过程称为单晶硅制绒。
公开号为 CN 101982570A 的“单晶硅太阳能电池片制绒液 ”，由碳酸钠、碳酸氢钠和纯水制备而成，各原料的质量百分比为:碳酸钠5%到20%、碳酸氢钠5%到20%及纯水余量。
公开号为 CN 101431123A 的“单晶硅太阳电池的制绒方法”中，首先在制绒槽内配制制绒水溶液，其中氢氧化钠的质量百分比为1%到2%，偏铝酸盐的质量百分比为0.3%到0.5%，硅酸钠的质量百分比为0.3%到0.5%，化学纯异丙醇的质量百分比为5%到6%。
公开号为CN 101323955A 的“单晶硅太阳能电池表面处理用的制绒剂及其制造方法”中，配方为:氢氧化钠或氢氧化钾1.5%到10%，表面活性剂1到20OPPm，硅酸钠0.5%到5%，去离子水85.0%到98.0%。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。
传统的制绒液采用氢氧化钠或是氢氧化钾碱溶液与异丙醇（IPA）混合溶液，在60-90摄氏度温度下，与单晶硅片反应25-30分钟，以达到制绒的目的。但是由于异丙醇的挥发性强，而且温度越高越易挥发，在生产中会产生大量消耗，而且造成环境污染及人体危害。目前，也有使用其他试剂代替异丙醇，但并不是适合在工业生产中应用。
发明内容
本发明的针对上述存在问题，提供一种具有低挥发性的太阳电池单晶硅制绒液及应用，该制绒液用于太阳电池单晶硅片的制绒，增溶作用明显，可有效降低异丙醇的挥发性，减少制绒过程中异丙醇的使用量，并且同时进一步降低了溶液的表面张力，提高制绒速度。
本发明的技术方案：
一种具有低挥发性的太阳电池单晶硅制绒液，由氢氧化钠或氢氧化钾、十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）、硅酸钠、异丙醇和水混合组成。
所述制绒液中氢氧化钠或氢氧化钾的质量百分比浓度为1-3%、十六烷基三甲基溴化铵的质量百分比浓度大于0.5%；硅酸钠与氢氧化钠或氢氧化钾的质量比为1:3、异丙醇与氢氧化钠或氢氧化钾的质量比为1:6-7；水为余量。
一种所述具有低挥发性的单晶硅太阳电池的制绒液的应用，用于太阳电池单晶硅片的制绒，步骤如下：
1）首先对单晶硅片实施去损伤处理，方法是将单晶硅片放入质量百分比浓度为25%的NaOH碱溶液中，在85℃温度下浸泡1-2分钟；
2）将上述处理后的单晶硅片放入制绒液中,在水浴加热温度为75-85℃条件下进行制绒，制绒时间为15到25min分钟；
3）取出单晶硅片，用去离子水清洗后晾干即可。
本发明的技术分析：
碱性溶液中单晶硅会发生如下腐蚀反应：
总的反应方程式为: 
硅酸钠的水溶液具有较强的碱性，而且在水中会发生水解反应产生大量极性和非极性基团，降低溶液表面的张力。
异丙醇（IPA）的作用是有效降低溶液表面张力，增加硅片侵润性并帮助反应产物氢气泡脱附。
研究表明：异丙醇为挥发性化合物（VOCs），其与典型阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）溶液间存在汽液平衡关系。CTMAB可以降低其表面亨利系数，抑制挥发性。CTMAB对挥发有机物增溶作用的强弱可用摩尔增溶比（MSR）表示：
其中，
为挥发有机物在CTMAB 中的表观溶解度，为挥发有机物在水中溶解度，
为CTMAB浓度，CMC为CTMAB 临界胶束浓度。
表现亨利系数与表面活性剂浓度的关系式为：
式中, Cg 为异丙醇气相浓度, K 为表面活性剂与溶剂间线性分配系数, X为表面活性剂浓度。
十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）的临界胶束浓度( CMC )的理论值为1.2mmol/L，即0.437g/L。当制绒液中十六烷基三甲基溴化铵的质量百分比浓度大于临界胶束浓度时，抑制挥发的能力较为明显。因此，制绒液中十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）的质量百分比浓度设为大于0.5g/L。
由此可知，CTMAB对异丙醇气液平衡影响显著, 可明显降低异丙醇表观亨利系数(Hc ) , 抑制其挥发。H c随CTMAB 浓度的增加而降低, CTMAB浓度小于CMC时, H c随X 缓慢减小, 抑制异丙醇挥发能力相对较弱；浓度大于 CMC 时, 亨利系数随X 降低较快，抑制异丙醇挥发能力较强。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点及有益效果：当阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）溶液的浓度大于CMC时，增溶作用明显，抑制异丙醇的挥发能力也较强。在碱性制绒液中加入CTMAB，可以有效降低异丙醇的挥发性，减少制绒过程中异丙醇的使用量，并且同时进一步降低了溶液的表面张力，提高太阳电池单晶硅的制绒速度。
附图说明
图1为该制绒液第二次制绒的效果图。
图2为该未加CTMAB的制绒液第二次制绒的效果图。
具体实施方式
实施例1：
一种具有低挥发性的单晶硅太阳电池的制绒液用于太阳电池单晶硅片的制绒，步骤如下：
1）首先对单晶硅片实施去损伤处理，方法是将单晶硅片放入质量百分比浓度为25%的NaOH碱溶液中，在85℃温度下浸泡1.5分钟；
2） 配制制绒液，其由NaOH、十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）、硅酸钠、异丙醇(IPA)和水混合组成，制绒液中各组分的质量百分比浓度是： NaOH为3%、CTMAB为1%、硅酸钠为1%、异丙醇为18%、余量为水，将上述处理后的单晶硅片放入该制绒液中,在水浴加热温度为83℃条件下进行制绒，制绒时间为20min分钟；
3）取出单晶硅片，用去离子水清洗后晾干即可。
检测：图1为该制绒液第二次制绒的效果图，图2为该未加CTMAB的制绒液第二次制绒的效果图。可以看出加入CTMAB后的制绒液反复制绒产生的结构规则，更有利于陷光。
实施例2：
一种具有低挥发性的单晶硅太阳电池的制绒液用于太阳电池单晶硅片的制绒，步骤如下：
1）首先对单晶硅片实施去损伤处理，方法与实施例1相同；
2）配制制绒液，其由氢氧化钾、十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）、硅酸钠、异丙醇(IPA)和水混合组成，制绒液中各组分的质量百分比浓度是：氢氧化钾为2.5%、CTMAB为1%、硅酸钠为1%、异丙醇为16%、余量为水，将上述处理后的单晶硅片放入该制绒液中,在水浴加热温度为80℃条件下进行制绒，制绒时间为20min分钟；
3）取出单晶硅片，用去离子水清洗后晾干即可。
检测：加CTMAB与未加CTMAB的制绒液第二次制绒产生的不同效果与实施例1基本一致。
Claims (2)
1.一种具有低挥发性的太阳电池单晶硅制绒液，其特征在于：由氢氧化钠或氢氧化钾、十六烷基三甲基溴化铵、硅酸钠、异丙醇和水混合组成，所述氢氧化钠或氢氧化钾的质量百分比浓度为1-3%、十六烷基三甲基溴化铵的质量百分比浓度大于0.5%、硅酸钠与氢氧化钠或氢氧化钾的质量比为1:3、异丙醇与氢氧化钠或氢氧化钾的质量比为1:6-7、水为余量。
2.一种如权利要求1所述具有低挥发性的单晶硅太阳电池的制绒液的应用，其特征在于用于太阳电池单晶硅片的制绒，步骤如下：
1）首先对单晶硅片实施去损伤处理，方法是将单晶硅片放入质量百分比浓度为25%的NaOH碱溶液中，在85℃温度下浸泡1-2分钟；
2）将上述处理后的单晶硅片放入制绒液中,在水浴加热温度为75-85℃条件下进行制绒，制绒时间为15到25min分钟；
3）取出单晶硅片，用去离子水清洗后晾干即可。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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