CN106222756A - 用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，所述添加剂包括以下组分：脱泡剂、除污剂、绒面优化剂及水；其中各组分的重量比为：脱泡剂0.05~5％；除污剂1~10％；绒面优化剂；0.01~1%，余量为水。本发明配方简单，操作方便，制绒工艺简单，制绒重复性好，化学品消耗减少，降低了生产成本；不需要使用异丙醇或乙醇等醇类。应用于金刚线切割单晶硅片的绒面制作时，具有极佳的表面切割痕消除效果，表面乌黑洁净，可以获得均匀、细小、密集的绒面金字塔，金字塔尺寸在2‑3μm 之间，降低了单晶硅片的光反射率，电池片转换效率也得到相应提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂及其使用方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
太阳能作为一种分布广泛的绿色无污染清洁能源，是可持续发展的首选能源。太阳能光伏产业是全球能源科技和产业的重要发展方向，是具有巨大发展潜力的朝阳产业，为促进本国经济增长模式的重大转变，世界各国均高度重视太阳能光伏产业的发展，纷纷出台产业扶持政策，抢占未来新能源时代的战略制高点。
随着光伏行业的迅速发展，晶硅切片预计将以每年25%的速度保持增长。目前光伏行业所用晶体硅片的切割主要采用砂浆多线切割技术，但是该技术存在切割工艺效率低下、成本高、切割后废砂浆的排放污染大等问题。相比之下，固体磨料金刚石线锯切割(简称金刚线切割) 技术具有切割速度快、切割精度高、材料损耗低、硅片加工成本低、环境清洁等特点，受到了越来越多的关注。由于切割硅片的机理不一样，金刚石线切割硅片的表面微结构和砂浆硅片有显著差异：具体而言，砂浆线切割硅片表面具有随机而均匀分布的缺陷层；而金刚石线切割硅片表面密布平行的线痕，同时表层覆盖有一层切割引起的非晶硅层。
在太阳能电池生产过程中，硅片表面制绒是一道关键工序，采用湿法腐蚀的办法在硅片表面制作绒面，以降低硅片表面反射率，从而有效提高太阳电池的光电转换效率。常规的单晶硅制绒工艺一般采用氢氧化钠或氢氧化钾，添加适当异丙醇和硅酸钠的混合溶液进行制绒。其缺点是：对原始硅片表面状态要求高，制绒工艺控制难度较大，操作难度高，异丙醇等挥发量大，制绒金字塔不均匀，从而带来制绒外观返工率很高，电池片转换率较低等问题。无醇制绒添加剂则具有操作使用简单，在制绒工艺中无需添加有机溶剂如异丙醇、乙醇等，从而降低废液的COD值，提升产品的环保性的优点。此外，无醇添加剂还具有减重可控，刻蚀液寿命长，硅片外观良好，绒面金字塔均匀细小，返工率低等优点。
目前，虽然金刚石线切割单晶硅片在优化的碱液体系上配合制绒添加剂工艺基本解决了制绒的问题，但由于金刚石线切割硅片表层的损伤层厚度和缺陷较砂浆线切割硅片要少，且金刚石线切割硅片表面存在严重的切割纹，使得湿法制绒后硅片表面仍然或多或少存在线痕印，难以完全消除，从而影响了制绒后硅片的外观及反射率，降低了太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明为了克服现有技术的至少一个不足，提供一种用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，以实现具有极佳的表面切割痕消除效果，表面乌黑洁净，获得均匀、细小、密集的绒面金字塔的目的。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，所述添加剂包括以下组分：脱泡剂、除污剂、绒面优化剂及水；
其中各组分的重量比为：脱泡剂0.05 ~ 5％；除污剂1~10％；绒面优化剂；0.01~1%，余量为水。本发明的水为去离子水。
进一步，脱泡剂为聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种。
进一步，绒面优化剂为明胶、焦糖、核黄素、叶酸、氨基酸、育亨宾碱中的一种或多种。
进一步，除污剂为乙二胺四乙酸二钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
本发明还提供一种应用上述的用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂进行制绒的方法，包括以下步骤：
1）配置成碱性制绒溶液；
2）将上述的添加剂加入制绒液中；
3）将单晶硅片放入所制得的制绒液中进行制绒。
进一步，在步骤1）添加氢氧化钠或氢氧化钾制备碱性制绒溶液, 其中氢氧化钠或氢氧化钾的浓度为1.5wt％-2.5wt％。
进一步，添加剂与制绒液的体积比为0.05v/v％-1.0v/v％。
进一步，制绒温度为80~90℃。
进一步，制绒时间为15~20min。
应用于大批量金刚线切割单晶硅片的绒面制作时，每批制绒后，可以根据绒面金字塔的情况，适量补充或不补充。
应用于大批量金刚线切割单晶硅片的绒面制作时，每批制绒后，需要往腐蚀液中适量补充氢氧化钠。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明配方简单，操作方便，制绒工艺简单，制绒重复性好，化学品消耗减少，降低了生产成本；不需要使用异丙醇或乙醇等醇类；应用于金刚线切割单晶硅片的绒面制作时，具有极佳的表面切割痕消除效果，表面乌黑洁净，可以获得均匀、细小、密集的绒面金字塔，金字塔尺寸在2-3μm 之间，降低了单晶硅片的光反射率，电池片转换效率也得到相应提高。
此外，本发明的无醇添加剂无毒性，无腐蚀性，无刺激性，无燃烧和爆炸危险，对人体和环境无危害；并且，无醇添加剂的设备和使用工艺简单，重复性好。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为实施例1中传统碱性制绒液制得的硅片的扫描电镜平面图。
图2为实施例2中本发明添加剂制绒得到的金刚线切割单晶硅表面SEM图片。
图3为实施例1和实施例2中金刚线切割单晶硅表面反射率曲线对比图。
具体实施方式
实施例1
对比组
目前常规碱性制绒方法：
将20克NaOH溶于940克去离子水中，添加异丙醇40 克，以得到1000 克碱性含醇制绒液；在1000克碱性含醇制绒液中加入3 克有醇添加剂。
将金刚线切割太阳能单晶硅片浸入到添加有添加剂的制绒液中进行表面制绒，制绒温度为80℃，制绒时间为900s，完成制绒。
图1为本实施例中传统碱性制绒液制得的硅片的扫描电镜平面图。
图1可以看到传统碱性制绒液制得的绒面金字塔尺寸较大，分布稀疏且不均，大小在2-6μm，整面看，金刚线切割痕仍然较为明显，消除效果不佳。
实施例2
配置添加剂，取聚乙烯亚胺（mw：600）0.05克，取聚乙二醇（mw：400）1 克，聚乙二醇（mw：200）3克，乙二胺四乙酸二钠0.5克、磷酸三钠1克、磷酸氢二钠1克，明胶、焦糖、核黄素各取0.05 克，以及93.3克的去离子水，将聚乙烯亚胺、聚乙二醇、乙二胺四乙酸二钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠、明胶、焦糖、核黄素溶解于去离子水中，制成100克的溶液。
配置制绒液，将20克NaOH溶于980克去离子水中，以得到1000 克碱性无醇制绒液；在1000克碱性无醇制绒液中加入10 克无醇添加剂。
将金刚线切割太阳能单晶硅片浸入到添加有添加剂的制绒液中进行表面制绒，制绒温度为85℃，制绒时间为900s，完成制绒。
图2为本实施例中添加本发明添加剂制绒得到的金刚线切割单晶硅表面SEM图片。
由图2可以看到，通过本发明的方法制绒形成的金字塔尺寸细小、密集，分布均匀，大小大约为2-3μm，整面看，金刚线切割痕全部消除。
图3为实施例1和实施例2中金刚线切割单晶硅表面反射率曲线对比图。经过比较，采用本发明的无醇添加剂制得的硅片反射率明显低于传统制绒方法制得的硅片反射率，由图3可看出反射率有1-2%的降低幅度。
实施例3：
配置添加剂，取聚乙烯醇（1788）0.05克，取聚乙二醇（mw：400）1克，聚丙烯酸钠1克、羧甲基纤维素钠0.1克，核黄素、叶酸、氨基酸各取0.05克，以及97.7克的去离子水，将聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、核黄素、叶酸、氨基酸溶解于去离子水中，制成100克的溶液。
配置制绒液，将15克NaOH 溶于985克去离子水中，以得到1000克碱性无醇制绒液；在1000克碱性无醇制绒液中加入5克添加剂。
将金刚线切割太阳能单晶硅片浸入到添加有添加剂的制绒液中进行表面制绒，制绒温度为80℃，制绒时间为900s，完成制绒。
实施例4：
配置添加剂，取聚乙烯吡咯烷酮（K30）0.01克，取聚丙二醇（mw：200）0.5克，聚丙烯酸钠1g、六偏磷酸钠1g，核黄素、育亨宾碱各取0.01克，以及97.47克的去离子水，将聚乙烯吡咯烷酮、聚丙二醇、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、核黄素、育亨宾碱溶解于去离子水中，制成100克的溶液。
配置制绒液，将25克NaOH溶于975克去离子水中，以得到1000克碱性无醇制绒液；在1000克碱性无醇制绒液中加入10克添加剂。
将金刚线切割太阳能单晶硅片浸入到添加有添加剂的制绒液中进行表面制绒，制绒温度为90℃，制绒时间为1000s，完成制绒。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术邻域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括以下组分：脱泡剂、除污剂、绒面优化剂及水；
其中各组分的重量比为：脱泡剂0.05 ~ 5％；除污剂1~10％；绒面优化剂；0.01~1%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，其特征在于，脱泡剂为聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，其特征在于，绒面优化剂为明胶、焦糖、核黄素、叶酸、氨基酸、育亨宾碱中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂，其特征在于，除污剂为乙二胺四乙酸二钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
5.应用权利要求1至4任意一项所述的用于金刚线切割单晶硅片制绒的添加剂进行制绒的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）配置成碱性制绒溶液；
2）将权利要求1-4任意一项所述的添加剂加入制绒液中；
3）将单晶硅片放入所制得的制绒液中进行制绒。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤1）添加氢氧化钠或氢氧化钾制备碱性制绒溶液, 其中氢氧化钠或氢氧化钾的浓度为1.5wt％-2.5wt％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，添加剂与制绒液的体积比为0.05v/v％-1.0v/v％。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，制绒温度为80~90℃。
9.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于，制绒时间为15~20min。
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