CN102337596B

CN102337596B - 一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂及其应用

Info

Publication number: CN102337596B
Application number: CN201110098705.8A
Authority: CN
Inventors: 章亚男; 叶俊
Original assignee: SHANGHAI JINGTAI PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI JINGTAI PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: CN102337596A

Abstract

本发明涉及一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂及其应用，制绒辅助剂包括组分A与组分B，使用时将组分A置于含有碱溶液的单晶制绒槽中，控制制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡在制绒槽中进行制绒反应，将反应完成的单晶硅片取出并放入新的单晶硅片，加入组分B及固体碱继续进行制绒反应，重复上述操作至制绒槽中反应生成物的Na₂SiO₃含量超过10wt％。与现有技术相比，本发明在实现单晶碱制绒绒面均匀密集的前提下，无需使用异丙醇，提高了单晶制绒的工艺稳定性和一致性。

Description

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂及其应用

技术领域

本发明涉及单晶硅太阳电池制程中的碱制绒工艺，尤其是涉及一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂及其应用。

背景技术

单晶硅太阳电池的制备过程主要包括六个步骤：(1)化学减薄、制绒及清洗；(2)扩散制备PN结；(3)刻蚀去边以及清洗；(4)制备减反射膜；(5)丝网印刷电极并烧结；(6)电池测试分拣。通过这六步工艺过程，制备出了基于单晶硅晶体的太阳电池将形成，而后通过封装技术，把单片晶体硅电池组合成组件，进行光伏发电的应用。

其中第一步工艺主要为制绒(Texturing)，制绒的主要作用是在单晶硅表面形成类似于“金字塔”形状的起伏，通过这些类“金字塔”结构，降低硅片表面的反射率，提高光的吸收，从而提高电池的转化效率；另一方面，制绒过程中会对硅片表面进行一定深度的刻蚀，去除表面的硅原子层(一般控制在正反面各5um左右，去除率-“蚀刻重量/原始硅片重量”-控制在5-8％)，这层去除的硅原子层是硅片在切割过程中形成的切割损伤层，对于电池表面复合有很大影响，去除后对于提高电池效率具有很重要的意义。而当前制绒工序中使用的化学品主要为碱性腐蚀液，具体为：NaOH或者KOH(浓度范围为质量比1-5％)，异丙醇或者乙醇(浓度范围为体积比2％-6％)，硅酸钠(0.1％-3％)，去离子水等。利用较低碱浓度时单晶硅(111)晶向和(100)晶向不同的腐蚀速率，制备出类“金字塔”的结构。

在单晶制绒过程中，主要的化学反应如下：

其中NaOH是主要的蚀刻剂，而加入的异丙醇(IPA)或者乙醇(AL)可以降低硅片和药液界面张力，有利于消除界面处形成的气泡，制绒添加剂(Additive)主要作用为控制制绒反应速率，实现高密度以及比较均匀的金字塔结构；为了保证制绒的效果，碱制绒药液的温度设定范围为70-85℃。而异丙醇(或者酒精)的沸点较低，在82℃左右，因此异丙醇会随着反应进行挥发出制绒槽，导致制绒槽中的药液配比失衡。当前所采用的碱制绒工艺中，基本是在每个批次后进行补加异丙醇来弥补挥发的量，从而导致异丙醇的耗用在制绒中占了较大的成本，并且也给水处理以及生产环境带来了一定压力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高了单晶制绒的工艺稳定性和一致性的单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，其特征在于，该制绒辅助剂包括组分A与组分B，所述的组分A包括以下组分及重量百分比含量：

所述的组分B包括以下组分及重量百分比含量：

所述的碱为NaOH或KOH。

所述的去离子水的导电电阻为18MΩ以上。

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂的应用，其特征在于，将配置好的组分A置于含有碱溶液的单晶制绒槽中，控制制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡在制绒槽中进行制绒反应，将反应完成的单晶硅片取出并放入新的单晶硅片，加入组分B及固体碱继续进行制绒反应，重复上述操作至制绒槽中反应生成物的Na₂SiO₃含量超过10wt％。

所述的碱溶液为浓度为1-1.5wt％的NaOH或KOH溶液。

所述的组分A与碱溶液的体积比为1∶40-1∶60。

所述的制绒反应的时间控制在900-1500s。

每次加入的组分B与组分A的体积比为1∶30-1∶50。

所述的固体碱为NaOH或KOH，固体碱的加入量为200-300g/50ml组分B。

所述的新的单晶硅片加入40-60次，每次300-400片。

与现有技术相比，本发明在实现单晶碱制绒绒面均匀密集的前提下，无需使用异丙醇，提高了单晶制绒的工艺稳定性和一致性。

附图说明

图1为实施例1处理得到的单晶硅片的表面SEM照片；

图2为实施例2处理得到的单晶硅片的表面SEM照片；

图3为实施案例1和2的制绒后单晶硅片表面反射率图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，该制绒辅助剂包括组分A与组分B，组分A的配比为乙二醇含量为20％，丙酮酸甲脂含量0.05％，维生素C含量0.1％，草酸含量1％，乳酸含量0.3％，NaOH含量为2.0％，其余为去离子水。按照上述配方配置的2000ml辅助剂加入到100L的单晶制绒槽中，制绒槽中已经配置好NaOH含量为1.2％，制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡入制绒槽中进行反应，制绒时间控制在900秒-1200秒，得到绒面金字塔平均尺寸为5um左右。后续每个批次(批次硅片数量为300-400片)需补加50ml组分B药液和200-300克NaOH；其中组分B的具体配方为丙酮酸甲脂含量0.02％，维生素C含量0.2％，草酸含量1％，乳酸含量3％，NaOH含量为2.0％，其余为去离子水。上述方法持续生产40-60批次后由于制绒槽中反映生成物Na₂SiO₃含量过高(超过10％)，需要进行制绒槽全部药液更换，重新按照上述方法进行配槽生产。

实施例2

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，该制绒辅助剂包括组分A与组分B，组分A的配比为乙二醇含量为40％，丙酮酸甲脂含量0.05％，维生素C含量0.1％，草酸含量1％，乳酸含量0.3％，NaOH含量为2.0％，其余为去离子水。按照上述配方配置的2000ml辅助剂加入到100L的单晶制绒槽中，制绒槽中已经配置好NaOH含量为1.2％，制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡入制绒槽中进行反应，制绒时间控制在1200秒-1500秒，得到绒面金字塔平均尺寸为3um左右。后续每个批次(批次硅片数量为300-400片)需补加50ml组分B药液和200-300克NaOH；其中组分B的具体配方为丙酮酸甲脂含量0.02％，维生素C含量0.2％，草酸含量0.5％，乳酸含量2％，NaOH含量为2.0％，其余为去离子水。上述方法持续生产40-60批次后由于制绒槽中反映生成物Na₂SiO₃含量过高(超过10％)，需要进行制绒槽全部药液更换，重新按照上述方法进行配槽生产。

采用上述几种配方的辅助剂，可以较好的控制单晶硅绒面金字塔的尺寸大小，获得均匀性好、密度高的绒面结构；单晶硅片的刻蚀减薄重量稳定，可以控制在5-8％；硅片外观色泽均一，平均反射率低于15％，满足工业生产的需求。图1是实施案例1中绒面的扫描电子显微镜照片，“金字塔”的尺寸大小平均为5um。图2为实施案例2中绒面的光学显微照片，“金字塔”的尺寸和扫描电镜结果相同。图3为实施案例1和2的制绒后单晶硅片表面反射率图。

实施例3

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，包括组分A与组分B，组分A包括以下组分及重量百分比含量：乙二醇10％、丙酮酸甲脂0.01％、维生素C为0.01％、草酸0.1％、乳酸0.01％、NaOH为0.1％、余量为去离子水；组分B包括以下组分及重量百分比含量：丙酮酸甲脂0.01％、维生素C为0.01％、草酸0.1％、乳酸0.01％、NaOH为0.1％、余量为去离子水，其中使用的去离子水的导电电阻为18MΩ以上。

该单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂具有以下用途：将配置好的组分A置于含有浓度为1wt％的NaOH溶液的单晶制绒槽中，加入的组分A与碱溶液的体积比为1∶40，控制制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡在制绒槽中进行制绒反应，制绒反应的时间控制在900s，将反应完成的单晶硅片取出并放入新的单晶硅片，加入组分B及NaOH固体继续进行制绒反应，重复上述操作40次，每次加入400片单晶硅片，每次加入的组分B与制绒槽中所含的组分A的体积比为1∶30，NaOH固体的加入量为200g/50ml组分B，至制绒槽中反应生成物的Na₂SiO₃含量超过10wt％，更换制绒槽中全部药液，重新按照上述方法进行配槽生产。

实施例4

一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，包括组分A与组分B，组分A包括以下组分及重量百分比含量：乙二醇40％、丙酮酸甲脂5％、维生素C为5％、草酸3％、乳酸5％、KOH为2％、余量为去离子水；组分B包括以下组分及重量百分比含量：丙酮酸甲脂5％、维生素C为5％、草酸3％、乳酸5％、KOH为2％、余量为去离子水，其中使用的去离子水的导电电阻为18MΩ以上。

该单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂具有以下用途：将配置好的组分A置于含有浓度为1.5wt％的KOH溶液的单晶制绒槽中，加入的组分A与碱溶液的体积比为1∶60，控制制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡在制绒槽中进行制绒反应，制绒反应的时间控制在1500s，将反应完成的单晶硅片取出并放入新的单晶硅片，加入组分B及KOH固体继续进行制绒反应，重复上述操作60次，每次加入300片单晶硅片，每次加入的组分B与制绒槽中所含的组分A的体积比为1∶50，NaOH固体的加入量为300g/50ml组分B，至制绒槽中反应生成物的Na₂SiO₃含量超过10wt％，更换制绒槽中全部药液，重新按照上述方法进行配槽生产。

Claims

1.一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，其特征在于，该制绒辅助剂包括组分A与组分B，所述的组分A包括以下组分及重量百分比含量：

乙二醇10-40%、

丙酮酸甲酯0.01-5%、

维生素C0.01-5%、

草酸0.1-3%、

乳酸0.01-5%、

碱0.1-2%、

去离子水余量；

所述的组分B包括以下组分及重量百分比含量：

丙酮酸甲酯0.01-5%、

维生素C0.01-5%、

草酸0.1-3%、

乳酸0.01-5%、

碱0.1-2%、

去离子水余量。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，其特征在于，所述的碱为NaOH或KOH。

3.根据权利要求1所述的一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂，其特征在于，所述的去离子水的导电电阻为18MΩ以上。

4.一种如权利要求1所述的单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂的应用，其特征在于，将配置好的组分A置于含有碱溶液的单晶制绒槽中，控制制绒槽温度控制在80℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡在制绒槽中进行制绒反应，将反应完成的单晶硅片取出并放入新的单晶硅片，加入组分B及固体碱继续进行制绒反应，重复上述操作至制绒槽中反应生成物的Na₂SiO₃含量超过10wt%；

所述的组分A与碱溶液的体积比为1︰40-1︰60，每次加入的组分B与组分A的体积比为1︰30-1︰50。

5.根据权利要求4所述的一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂的应用，其特征在于，所述的碱溶液为浓度为1-1.5wt%的NaOH溶液。

6.根据权利要求4所述的一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂的应用，其特征在于，所述的制绒反应的时间控制在900-1500s。

7.根据权利要求4所述的一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂的应用，其特征在于，所述的固体碱为NaOH，固体碱的加入量为200-300g/50ml组分B。

8.根据权利要求4所述的一种单晶硅太阳能电池碱制绒辅助剂的应用，其特征在于，所述的新的单晶硅片加入40-60次，每次300-400片。