CN102912451B - 一种单晶硅片制绒添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本单晶硅片制绒添加剂，属于太阳能电池技术领域。本发明的制绒添加剂由络合剂、糖蜜、全氟表面活性剂和去离子水组成。在对太阳能电池单晶硅片制绒时，将本发明的添加剂按照0.3%~1.2%的量加入，能得到均匀细小的金字塔绒面，降低硅片反射率，提高太阳能电池的效率，且在制绒过程中不需要补加添加剂。本发明提供的制绒添加剂，有更宽的工艺操作范围和更高的溶液存放寿命，使得制绒质量有很大的提高，工艺操作更简单、成本更低。
Description
技术领域
本方法涉及晶体硅太阳能电池生产的技术领域，特别是涉及一种低成本单晶硅片制绒添加剂。
背景技术
太阳光辐射到布满绒面金字塔的硅片上后，反射的太阳光辐射到另一个金字塔上，形成多次反射，从而增加太阳光的吸收。且制绒后的PN结面积比光平面大得多，因而可以大大提高太阳能电池的效率，降低光伏上网电价。而提高太阳能电池效率最直接的方法就是降低硅片表面反射率，表面反射率越低，就有越多的光子被硅片吸收并转化为电能，太阳能电池效率就越高，上网电价就越低。
在电池片工业化制作过程中，目前大多采用化学腐蚀的方法去除硅表面损伤层，并形成减反射的绒面结构，以降低硅片表面反射率，提高太阳电池的光电转换率。单晶硅片的绒面制作通常采用氢氧化钠或氢化化钾的水溶液进行腐蚀，并且添加适当异丙醇或乙醇或润湿剂、消泡剂提高绒面金字塔细小、均匀性，从而降低硅片表面反射率。
在申请号（201210069182.9）《一种无醇单晶硅制绒添加剂》中公开一种添加剂组分为：1.0%~5.0%柠檬酸、0.1%~5.0%十二烷其苯磺酸钠和水，该添加剂可替代常规有毒的易挥发的异丙醇，避免环境污染，利于晶体硅太阳能电池的工艺稳定。在申请号（201010618903.8）《一种单晶硅制绒添加剂以及单晶硅制绒工艺》中公开一种添加剂组分为：烷基糖苷、聚山梨酸酯、异构醇聚氧乙烯醚、葡萄糖酸内酯、红糖、十二烷基笨磺酸钠、环己基氨基磺酸钠、聚醚多元醇、有机硅表面活性剂、山梨糖醇酐脂肪酸酯，该添加剂在制绒液中，能够降低腐蚀液在硅片表面的张力，消除和抑制气泡的形成，提高金字塔成核密度，得到较好的绒面。但以上添加剂在工业化应用中，每批制绒后，需要向制绒液中补加添加剂，以维持制绒效果，工艺条件苛刻，不便于操作，易造成生产的损失。而且制绒12小时（25批）后还必须更换制绒液，而且制绒添加液存放时间短，使太阳能电池制备中的原料成本增加，工艺复杂，不利于产品质量的控制。
发明内容：
本发明的目的，在于发明一种新的低成本单晶硅片制绒液的添加剂，不仅能克服现有制绒液添加剂每批制绒后都要补充添加剂的不便，而且还能降低太阳能电池单晶硅片绒面的反射率，从而提高生产效率，降低生产成本。
为解决上述问题，本发明提供一种低成本单晶硅片制绒添加剂，其应用于单晶硅片的绒面制作时，需要将其加入到硅片的制绒液中，其所占制绒液的质量百分含量为0.3%~1.2%之间。在制绒过程中，一次性添加到制绒液中后，无需补加添加剂，直至约制绒25~30批后更换制绒液，其制作的太阳能电池单晶硅片的表面反射400nm~1100nm的波长范围内的平均值可以由目前的10%左右下降到7.8%以下，从而降低太阳能电池的成本。
本发明采用如下技术方案得以实现：
本发明一种低成本单晶硅片制绒添加剂，所述添加剂由络合剂、糖蜜、全氟表面活性剂和去离子水配制组成，去离子水溶液中络合剂的质量百分浓度为5%~15%，糖蜜的质量百分浓度为8%~30%，全氟表面活性剂的质量百分浓度为0.5%~10%；络合剂包括氯化钠，糖蜜包括葡萄糖蜜，全氟表面活性剂包括全氟聚乙烯醚。
所述的络合剂还包括氯化钠、酒石酸钠、水杨酸钠或乙二胺四乙酸钠中的一种或两种的混合物。
所述的糖蜜还包括大豆糖蜜、甜菜糖蜜、葡萄糖蜜中的一种或两种的混合物。
所述的氟表面活性剂还包括全氟聚氧乙烯醚、全氟辛基磺酸钾、全氟辛基磺酰氟、全氟烷基醚羧酸酯中的一种或两种的混合物。
所述的去离子水为电阻率大于7Ω·m的纯水。
所述添加剂优选配方组分和去离子水溶液中的质量百分浓度为：
酒石酸钠盐：6%~11%；甜菜糖蜜：10%~22%；全氟聚氧乙烯醚：1.5%~7.5%。
本发明的添加剂应用于单晶硅片的绒面制作时，需要将添加剂加入到硅片的制绒液中，其所占制绒液的质量百分含量为0.3%~1.2%之间。
采用该添加剂进行硅片制绒后，在硅片表面形成的金字塔尺寸小于3μm，硅片平均反射率低于7.8%。
本发明采用了新的化学配方，配方中的络合剂能络合金属类原子及离子，避免其附在硅片表面形成载流子的复合中心，延长载流子寿命，糖蜜含有大量羟基和少量羧基，羟基具有消泡作用，使腐蚀液跟硅片能充分接触，得到的绒面金字塔结构更均匀，羧基具有缓冲作用，碱浓度高时，可减缓碱对硅的腐蚀速率，碱浓度低时，可提高碱对硅的腐蚀速率，从而提高其稳定性。
本发明的优点在于：
采用本添加剂后，与未加入添加剂时相比，能得到均匀细小的金字塔绒面，降低硅片反射率，提高太阳能电池的效率，且在制绒过程中不需要补加添加剂，有更宽的工艺操作范围和更高的溶液存放寿命，使得制绒质量有很大的提高，工艺操作更简单、成本更低。本发明完全克服了现有技术每批制绒后都要补充添加剂的缺点，在制绒过程中，将本发明添加剂一次性添加到制绒液中，连续制绒生产25~30批都无需补加添加剂，直到生产25~30批后更换制绒液时才加添加剂，从而提高生产效率，降低生产成本。
具体实施方式
本具体实施方式是采用以下技术方案：一种低成本单晶硅片制绒添加剂配方由络合剂、糖蜜、全氟表面活性剂和去离子水组成，在对太阳能电池单晶硅片制绒时，一次性将本发明的添加剂按照0.3%~1.2%的质量比加入到制绒液中，制绒25~30批后更换制绒液，单晶硅片的表面反射率在400nm~1100nm的波长范围内的平均值可以由目前的10%左右下降到7.8%以下，且每一批质量稳定。
实施例1
将72g水、8g酒石酸钠、15g甜菜糖蜜、5g全氟聚氧乙烯醚混合配制成添加剂溶液；将13g氢氧化钠和50g异丙醇溶于930g纯水中得到制绒液，一次性加入7g上述添加剂到上述制绒液中配制得有添加剂的制绒液；将经预处理后的单晶硅片浸入到有添加剂的制绒液中，在75℃的温度下制绒750s，制绒25批后，用扫描电子显微镜分别检测第1批、第10批、第25批硅片的绒面金字塔尺寸大小，三批样品的硅片检测结果显示，绒面金字塔尺寸均为1.5~2.5μm，且大小均匀,相邻金字塔之间没有空隙；并用D8积分式绒面反射仪测试绒面反射率分别为7.5%、7.6%、7.6%。
实施例二
将61g水、10g酒石酸钠、2g水杨酸钠、3g乙二胺四乙酸钠、20g大豆糖蜜、6g全氟辛基磺酸钾混合配制成添加剂溶液；将13g氢氧化钠和50g异丙醇溶于927g纯水中得到制绒液，一次性加入10g添加剂到制绒液中配制得到有添加剂的制绒液；将经预处理后的单晶硅片浸入制绒液中，在75℃的温度下制绒780s，制绒30批后，用扫描电子显微镜分别检测第5批、第10批、第30批硅片的绒面金字塔尺寸大小，三批样品的硅片检测结果显示，绒面金字塔尺寸均为1~3μm，且大小均匀,相邻金字塔之间没有空隙；并用D8积分式绒面反射仪测试绒面反射率分别为7.7%、7.6%、7.7%。
实施例三
将71g水、5g酒石酸钠、5g水杨酸钠、5g甜菜糖蜜、10g葡萄糖蜜、3g全氟聚氧乙醚、1g全氟烷基醚羧酸酯混合配制成添加剂溶液；将13g氢氧化钠和50g异丙醇溶于931g纯水中得到制绒液，一次性加入6g添加剂到制绒液中配制得到有添加剂的制绒液；将经预处理后的单晶硅片浸入到有添加剂的制绒液中，在70℃的温度下制绒800s，制绒25批后，用扫描电子显微镜分别检测第5批、第10批、第25批硅片的绒面金字塔尺寸大小，三批样品的硅片检测结果显示，绒面金字塔尺寸均为1~2.5μm，且大小均匀,相邻金字塔之间没有空隙；并用D8积分式绒面反射仪测试绒面反射率分别为7.8%、7.7%、7.6%。
实施例四
将69g水、5g乙二胺四乙酸钠、4g氯化钠、10g葡萄糖蜜、8g甜菜糖蜜、4g全氟辛基磺酰氟混合配制成添加剂溶液；将13g氢氧化钠和50g异丙醇溶于926g纯水中得到制绒液，一次性加入11g添加剂到制绒液中配制得到制绒液；将经预处理后的单晶硅片浸入到有添加剂的制绒液中，在70℃的温度下制绒900s，制绒30批后，用扫描电子显微镜分别检测第5批、第10批、第30批硅片的绒面金字塔尺寸大小，三批样品的硅片检测结果显示，绒面金字塔尺寸均为1.5~3μm，且大小均匀,相邻金字塔之间没有空隙；并用D8积分式绒面反射仪测试绒面反射率分别为7.7%、7.6%、7.7%。
上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，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)
1.一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于：所述添加剂由络合剂、糖蜜、全氟表面活性剂和去离子水配制组成，去离子水溶液中络合剂的质量百分浓度为5%～15%，糖蜜的质量百分浓度为8%～30%，全氟表面活性剂的质量百分浓度为0.5%～10%；络合剂包括氯化钠、酒石酸钠、水杨酸钠或己二胺四乙酸钠中的一种或两种的混合物，糖蜜包括葡萄糖蜜、甜菜糖蜜或大豆糖蜜中的一种或两种的混合物，全氟表面活性剂包括全氟聚乙烯醚、全氟辛基磺酸钾、全氟烷基醚酸酯中的一种或两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于：所述的去离子水为电阻率大于7Ω·m的纯水。
3.根据权利要求1至2之一所述的一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于：所述添加剂优选配方组分和在去离子水溶液中的质量百分浓度为：
酒石酸钠：6%～11%；
甜菜糖蜜：10%～22%；
全氟聚氧乙烯醚：1.5%～7.5%。
4.根据权利要求1所述的一种单晶硅片制绒添加剂，其特征是添加剂应用于单晶硅片的绒面制作时，需要将添加剂加入到硅片的制绒液中，其所占制绒液的质量百分含量为0.3%～1.2%之间。
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