CN102703242A - 一种用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其由以下重量百分比含量的组分组成：乳化剂1-30%、渗透剂1-20%、净洗剂0.5-10%、螯合剂0.1-10%、低级醇0-30%、余量为超纯水。本发明还公开了该水基清洗液的制备方法。该水基清洗液为均匀、稳定的水溶液，性质温和，高效、环保、无毒、无刺激性气味，对设备器具无腐蚀性，可将粘附于固体表面的浆料清洗干净，同时能够降低浆料中有机溶剂的挥发速度，且成本低。

Description

一种用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液及其制备方法

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液及其制备方法。

背景技术

光伏技术是一门利用大面积的p-n结二极管将太阳能转化为电能的技术。这个p-n结二极管叫做太阳能电池，现在80%的太阳能电池采用晶体硅，在本征掺杂的表面制作另外一种掺杂层来形成大面积p-n结。

制作太阳能电池最终需要在p-n结的两端装配金属电极，目前多采用Screen Print即丝网印刷的方式，在硅片两侧涂布金属电子浆料，再通过烘干和烧结过程，浆料中的金属Ag或Al与Si在不同的温度下分别互熔为合金相，冷却后在硅片表面形成良好的欧姆接触并有一定粘结强度的金属电极。浆料按照涂布成分和作用的不同分为三大类：正极银铝浆8、背场铝浆9、负极银浆10（见图1），分别起到汇集p型区电流、p型区钝化和收集n型区电流的作用。

晶体硅太阳能电池的电池性能由多方面影响，其中之一就是串联电阻，串联电阻越大，对于电流输出过程中的损耗越大。串联电阻由硅基质电阻、扩散层电阻、结区电阻、金属与硅片接触电阻、金属电极电阻组成。为了降低电流输出损耗，浆料都采用高含量的金属微粉，以多种有机溶剂进行分散和稳定。在烘干和烧结过程中，有机溶剂挥发、燃烧，剩余金属颗粒发生塌陷、变形、熔融、相互连接，因此具有很低的电阻率，通常在5mΩ/sq/10μm以下。然而，由于浆料是高固含量金属分散体系，为提高浆料的印刷和烧结性能，浆料中金属微粒必须能够充分、均匀分散，不能存在沉淀、团聚、凝结现象，因此各厂家都开发出适合自家浆料的一套配方，其中包括溶剂和多种助剂，溶剂常见以松油醇、丁基卡必醇、二乙二醇、乙二醇苯醚、正丁醚、1，4-二氧杂环己烷为主，助剂多为松香、树脂、有机硅氧烷、硬脂酸盐、玻璃料及其他填料。Kosuke Ochi（US 2011/1055967A1）等人已经对浆料的配方做过充分的研究，对其中的有机和无机成分做了阐述。

由于浆料中的重金属需要回收，且印刷过程中不可避免的残次片需要返工处理，生产现场不可避免的需要对硅片、网版、器具和设备表面的浆料进行清洁，但是浆料的复杂组成和配方的保密性，给浆料的清洗操作带来较大难度。浆料的溶剂和助剂成分，少量为极性分子，具有一定的水溶性，以松油醇、正丁醚、树脂、松香、有机硅氧烷为主要代表的油性分子，阻止了极性溶剂对浆料的溶解。目前采用的方法主要是油性有机溶剂清洁，依靠丙酮、乙醚、松油醇、酯类、苯及衍生物等小分子溶剂（杨雷等，CN200910030412.9），对浆料中的油性分子进行溶胀、溶解，通过大量溶剂的稀释达到清洁浆料的目的。但是由于所用溶剂的低沸点、高饱和蒸汽压的性质，挥发的溶剂对环境和操作人员造成潜在危害。

表面活性剂是一类具有两亲结构的物质，同时带有亲水基团和亲油基团，根据相似相容的原理，在溶液中能同时作用于油性物质和极性溶剂，亲油基团与油性物质通过范德华里吸引，亲水基增加表面活性剂在极性溶剂中的溶解度，通过表面活性剂的大量包裹，可以将油性物质以小液滴的形式分散在极性溶剂中，同样对于颗粒也是相同的作用过程，而最常用最环保的极性溶剂即为水，具体作用原理详见图。表面活性剂根据基团组成基本分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂，而不同的表面活性剂分别显示出消泡、乳化、分散、润湿、清洗等不同作用。

发明内容

本发明第一个目的在于提供一种应用于太阳能电池电子浆料的水基清洗液。该水基清洗液为均匀、稳定的水溶液，性质温和，高效、环保、无毒、无刺激性气味，对设备、器具无腐蚀性，可将粘附于固体表面的浆料清洗干净，同时能够降低浆料中有机溶剂的挥发速度，且成低本。

本发明第二个目的在于提供上述水基清洗液的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，由以下重量百分比含量的组分组成：

乳化剂      1-30%

渗透剂      1-20%

净洗剂      0.5-10%

螯合剂      0.1-10%

低级醇       0-30%

超纯水       余量。

本发明的优选配方为：

乳化剂       1-15%

渗透剂       1-10%

净洗剂       1-6%

螯合剂       0.1-3%

低级醇       0-15%

超纯水       余量。

本发明的最佳配方为：

乳化剂       2-5%

渗透剂       1-4%

净洗剂       1-3%

螯合剂       0.2-1%

低级醇       0-10%

超纯水       余量。

本发明中乳化剂、渗透剂和净洗剂都为表面活性剂，且低毒、易降解，不含碱金属和碱土金属及盐类。其中，所述乳化剂采用C8-C14烷基糖苷(APG)。所述的渗透剂为直连C12-C16的聚氧乙烯醚及其磷酸酯，包括 C12-C16脂肪醇聚氧乙烯醚（MOA或AEO）及其磷酸酯、C12-C16嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚及其磷酸酯、二壬基酚聚氧乙烯醚(DNP)及其磷酸酯。所述的净洗剂为直连或支链的C12-16醇醚铵盐、硫酸/磺酸铵盐，如 C12-C16脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(AESA)、C12-C16脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯铵、C12-C16烷基磺酸铵、C12-C16烷基硫酸铵(K12A)、醇醚羧酸铵、C12-C16烷基苯磺酸铵(LASA)。

所述的螯合剂采用氨基酸或膦酸类铵盐，所述的氨基酸采用聚天冬氨酸(PASP)或聚环氧琥珀酸(PESA)。所述的膦酸类铵盐采用二乙烯三胺五甲叉膦酸 (DTPMPA)、乙二胺四甲叉膦酸 (EDTMPA)、氨基三甲叉膦酸 (ATMP)、羟基乙叉二膦酸 (HEDP)等的铵盐中的一种或几种的混合，具有对浆料和清洗液中的重金属离子进行协同螯合、阻垢的功能，提高重金属离子的溶解和分散效果，防止对硅片、器具或设备的二次污染。

所述低级醇作为清洗助剂，采用一元醇，所述一元醇采用98%乙醇、丙醇、异丙醇或丁醇，用于提高表活剂的渗透速度，改善清洗效果，所占比例根据浆料的干燥程度适当调整。

所述超纯水为电子工业用反渗透净化水，纯水电阻率不低于17MΩ·cm，符合GB/T11446.1-1997标准。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：一种上述应用于太阳能电池电子浆料的水基清洗液的制备方法：在室温下，将乳化剂、渗透剂和净洗剂与部分超纯水搅拌均匀得到混合溶液；再另取超纯水溶解螯合剂，搅拌均匀得到螯合剂溶液，所述混合溶液和螯合剂溶液混合，氨水调整pH至6.5-7.5之间，定容，然后搅拌10~15min，静置，得到清洗液。

本发明的制备方法还可以是：在室温下，将乳化剂与部分超纯水搅拌均匀得到乳化剂溶液，渗透剂和净洗剂与部分超纯水搅拌均匀得到渗透剂和净洗剂的混合溶液；再另取超纯水溶解螯合剂，搅拌均匀得到螯合剂溶液，所述乳化剂溶液、渗透剂和净洗剂的混合溶液、螯合剂溶液混合均匀，氨水调整pH至6.5-7.5之间，定容，然后搅拌10~15min，静置，得到清洗液。

当清洗液中含有低级醇，本发明的制备方法的具体步骤为：在室温下，将乳化剂与部分超纯水搅拌均匀得到乳化剂溶液；再另取超纯水溶解螯合剂，搅拌均匀得到螯合剂溶液，渗透剂、净洗剂和低级醇混合得到渗透剂和净洗剂的醇溶液，所述乳化剂溶液与渗透剂和净洗剂的醇溶液混合后，再加入螯合剂溶液，氨水调整pH至6.5-7.5之间，定容，然后搅拌10~15min，静置，得到清洗液。

本发明的有益效果：

(1) 本发明提供的清洗液中主要由多种表面活性剂复配而成，表面活性剂总含量在1~60%wt左右，具有对浆料中无机和有机成分产生溶解、乳化、分散等作用，结合0.1~10%wt螯合剂加强对无机金属离子的溶解，适合对金属浆料，所述清洗液采用超纯水作为溶剂，pH在6.5-7.5之间，为均匀、稳定的水溶液，低成本，性质温和，高效、环保、无毒、无刺激性气味，对设备器具无腐蚀性，可用于金属表面、有机高分子材料表面、干燥非水性漆面或玻璃表面的硅片、丝网印刷网版和浆料盛放、转移、搅拌等器具。由于是水性溶液，因此可以避免使用各种易挥发的有机溶剂，实现对于太阳能电池生产过程，硅片、网版、器具及设备表面粘附的湿电子浆料、半干电子浆料或干结的电子浆料的清洗操作，同时覆盖溶解下的浆料，降低其中有机溶剂的挥发速度，减少有机溶剂对环境、人体的污染和危害，改善操作环境，提高生产现场的安全系数。 

(2) 本发明在不添加低级醇的情况下，可以有效对湿浆料和烘干后的正极银铝浆进行清洗，外观去污率能达到98%以上；擦洗的时间控制在1min以内，对已经烘干的正极银铝浆不会造成损伤，清洗后的硅片继续完成后续印刷，不影响电池各项电性能；添加30%以下的低级醇，可以提高对银铝浆和银浆的去污效果；清洗液配合超声波进行预浸洗可以提高清洗效果，清洗后，经过晾干或甩干去除表面残留水渍。

(3) 本发明对于硅片、网版、器具或设备表面的浆料，可通过浸洗、超声清洗或机械擦洗的方法进行清洁，即可将粘附于固体表面的浆料清洗干净。对于硅片表面的电子浆料，可在浸洗之后通过无纺布或胶条粘取清洗液再进行轻微擦洗，选择硬度在50A-70A的直角胶条，以某一条棱与清洗表面接触，相邻面与清洗表面呈30-45°夹角，推动溶液流动（参见图3），更有利于同有绒面结构的硅片表面紧密贴合，更充分清洗。

附图说明

图1是晶体硅太阳能电池的浆料类型及分布示意图。

图2是清洗液对浆料的清洗作用过程示意图。

图3是清洗液利用胶条擦洗的操作方法示意图。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，由下述重量百分比组分组成：

C8-C10 APG                  2%

月桂基脂肪醇聚氧乙烯4醚     1.5%

月桂基硫酸铵                 1.5%

聚天冬氨酸                   0.5%

超纯水                       余量。

在室温下，将2g C8-C10 APG、1.5g月桂基脂肪醇聚氧乙烯4醚、1.5g月桂基硫酸铵加入到50g超纯水中，搅拌均匀得到A液；再用30g超纯水溶解1g浓度为50%（wt）的聚天冬氨酸，搅拌均匀得到B液，与上述A和B溶液混合，氨水调整pH在6.5-7.5之间，加超纯水稀释至100g，低速磁力搅拌10min，静置，得到100g清洗液。

用于对湿浆料和烘干后的铝浆，具有优异的效果，且按照目前的浆料印刷流程，在溶解铝浆的同时可以保留银浆和银铝浆。

实施例2

用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，由下述重量百分比组分组成：

C8-C10 APG                   2%

月桂基脂肪醇聚氧乙烯3醚      2%

异构醇醚1304                 1%

羟基乙叉二膦酸               0.3%

98%乙醇                      10%

超纯水                        余量。

将2g C8-C10 APG加入到20g超纯水中，搅拌溶解得到A液，将2g月桂基脂肪醇聚氧乙烯3醚和1g异构醇醚1304溶于10g 98%(V/V)乙醇中，搅拌均匀得到B液，将0.3g羟基乙叉二膦酸溶于10g超纯水中得到C液，将A与C混合然后加入B，氨水调整pH在6.5-7.5之间，加超纯水稀释至100g，低速磁力搅拌10min，静置得到100g清洗液。

其中异构醇醚为EP-PO-EO嵌段共聚物。

此种组成对于烘前干后的银铝浆和银浆有效，配合浸泡和超声波预处理的效果更为明显。

实施例3

用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，由下述重量百分比组分组成：

C8-C10 APG                      3.5%

异构醇醚1304                    1.8%

月桂基磺酸铵                     1.5%

二乙烯三胺五甲叉膦酸             0.5%

超纯水                           余量。

将2g C8-C10 APG加入到20g超纯水中，搅拌溶解得到A液，将1.8g异构醇醚1304和1.5g月桂基磺酸铵溶于20g超纯水中，搅拌均匀得到B液，将0.5g二乙烯三胺五甲叉膦酸铵溶于10g超纯水中得到C液，将A、B、C混合，氨水调整pH在6.5-7.5之间，加超纯水稀释至100g，低速磁力搅拌10min，静置得到100g清洗液。

此种组成对于烘干后的铝浆有效，配合无纺布轻轻擦拭，且不会损伤与其部分重叠的正极银浆，用于铝浆烘干后发现的品质异常，经过擦洗后再正常印刷铝浆即可，对于正极银浆的可靠性没有影响。

实施例4

用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，由下述重量百分比组分组成：

C12-C14 APG                2.3%

二壬基酚聚氧乙烯4醚        2.5%

豆蔻基醇醚羧酸铵            1%

聚环氧琥珀酸                0.6%

98%异丙醇                  8%

超纯水                      余量。 

将2.3g C12-C14 APG、1.0g豆蔻基醇醚羧酸铵加入到20g超纯水中，搅拌溶解得到A液，将2.5g二壬基酚聚氧乙烯4醚溶于8g 98%(V/V)异丙醇中，搅拌均匀得到B液，将1.2g浓度为50%（wt）的聚环氧琥珀酸铵溶于10g超纯水中得到C液，将A与C混合然后加入B，氨水调整pH在6.5-7.5之间，加超纯水稀释至100g，低速磁力搅拌10min，静置得到100g清洗液。

此种组成对于烘干前后的银铝浆和银浆有效。

实施例5 

用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，由下述重量百分比组分组成：

C12-C14 APG                     3.5%

月基脂肪醇聚氧乙烯10醚磷酸酯    1.5%

豆蔻基醇醚羧酸铵                 2%

聚环氧琥珀酸                     0.3%

超纯水                           余量。

将3.5g C12-C14 APG、1.5g月基脂肪醇聚氧乙烯10醚磷酸酯、2g豆蔻基醇醚羧酸铵加入到20g超纯水中，搅拌溶解得到A液，将0.6g浓度为50%（wt）的聚环氧琥珀酸溶于20g超纯水中，搅拌均匀得到B液，将A与B混合，氨水调整pH在6.5-7.5之间，加超纯水稀释至100g，低速磁力搅拌10min，静置得到100g清洗液。

此种组成对于粘附在网版、设备表面，干燥前后的银浆、铝浆，都有较好的清洗作用。

应用例：

采用上述实施例一至五中的水基清洗剂对硅片表面的浆料进行清洗，由于水基清洗剂中乳化剂、分散剂和净洗剂都是表面活性剂，对浆料中无极和有机成分产生溶解、乳化和分散等作用，如图2所示，对于浆料中的两种主要成分，金属颗粒1和油性溶剂2，通过清洗液中的表面活性剂3，对金属颗粒1和油性溶剂2进行分散和乳化，其他极性溶剂溶于水，对于少量可溶金属盐溶解释放的金属离子4通过螯合剂5的作用，阻止其吸附和再沉淀到硅片表面。在浸洗之后通过无纺布或胶条粘取清洗液再进行轻微擦洗。或者选择硬度在50A-70A的直角胶条6，如图3所示，以其中的一条棱与硅片7表面接触，涂上清洗液后，保持棱的相邻面与清洗表面呈30~45°夹角，使该棱与有绒面结构的硅片7的表面紧密贴合，前后往复擦拭硅片7表面，使清洗更充分，可以取得比无纺布更好的清洁效果。

Claims (10)

1.一种用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，由以下重量百分比含量的组分组成：

乳化剂      1-30%

渗透剂      1-20%

净洗剂      0.5-10%

螯合剂      0.1-10%

低级醇       0-30%

超纯水       余量。

2.根据权利要求1所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述组分重量百分比含量为：

乳化剂       1-15%

渗透剂       1-10%

净洗剂       1-6%

螯合剂       0.1-3%

低级醇       0-15%

超纯水       余量。

3.根据权利要求1所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述组分重量百分比含量为：

乳化剂       2-5%

渗透剂       1-4%

净洗剂       1-3%

螯合剂       0.2-1%

低级醇       0-10%

超纯水       余量。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述乳化剂为C8-C14烷基糖苷。

5.根据权利要求1或2或3所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述的渗透剂为直链C12-C16的聚氧乙烯醚及其磷酸酯，包括C12-C16脂肪醇聚氧乙烯醚及其磷酸酯、C12-C16嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚及其磷酸酯或二壬基酚聚氧乙烯醚及其磷酸酯。

6.根据权利要求1或2或3所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述的净洗剂为直链或支链的C12-16醇醚铵盐、C12-16醇醚硫酸铵盐或C12-16醇醚磺酸铵盐。

7.根据权利要求1或2或3所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述的螯合剂为氨基酸或膦酸类铵盐，其中所述的氨基酸为聚天冬氨酸或聚环氧琥珀酸；所述的膦酸类铵盐为二乙烯三胺五甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、氨基三甲叉膦酸和羟基乙叉二膦酸的铵盐中的一种或几种的混合。

8.根据权利要求1或2或3所述的用于清洗太阳能电池电子浆料的水基清洗液，其特征在于，所述低级醇为一元醇。

9.一种权利要求1或2或3所述的用于太阳能电池电子浆料的水基清洗液的制备方法，其特征在于，在室温下，将乳化剂、渗透剂和净洗剂与部分超纯水搅拌均匀得到混合溶液；再另取超纯水溶解螯合剂，搅拌均匀得到螯合剂溶液，所述混合溶液和螯合剂溶液混合，氨水调整pH至6.5-7.5之间，定容，然后搅拌10~15min，静置，得到清洗液；或在室温下，将乳化剂与部分超纯水搅拌均匀得到乳化剂溶液，渗透剂和净洗剂与部分超纯水搅拌均匀得到渗透剂和净洗剂的混合溶液；再另取超纯水溶解螯合剂，搅拌均匀得到螯合剂溶液，所述乳化剂溶液、渗透剂和净洗剂的混合溶液、螯合剂溶液混合均匀，调整pH至6.5-7.5之间，定容，然后搅拌，静置，得到清洗液。

10.一种权利要求1或2或3所述的用于太阳能电池电子浆料的水基清洗液的制备方法，其特征在于，在室温下，将乳化剂与部分超纯水搅拌均匀得到乳化剂溶液；再另取超纯水溶解螯合剂，搅拌均匀得到螯合剂溶液，渗透剂、净洗剂和低级醇混合得到渗透剂和净洗剂的醇溶液，所述乳化剂溶液与渗透剂和净洗剂的醇溶液混合后，再加入螯合剂溶液，氨水调整pH至6.5-7.5之间，定容，然后搅拌10~15min，静置，得到清洗液。

Images