CN108206225A - 一种单晶硅片制绒剂组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单晶硅片制绒剂组合物及其应用，属于光伏技术领域。其制绒剂由以下组分配制而成：壳寡糖、N‑甲基吡咯烷酮、苯扎氯铵和水，所述组分的质量百分含量为：壳寡糖0.5‑5%、N‑甲基吡咯烷酮1‑5%、苯扎氯铵0.001‑0.05%，余量为水。本发明配方简单，绿色环保，制绒效果好，重复性佳，并不含异丙醇，环境污染小。制绒得到的金字塔尺寸在1‑2μm之间，反射率低，有较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光伏技术领域，涉及一种单晶硅片，特别涉及一种单晶硅片制绒剂组合物及其应用。
背景技术
用于太阳能电池片的单晶硅片对光的反射越低，硅片对光的吸收越多，太阳能电池的能量转换效率也越高。单晶硅片的各个晶面在碱溶液中的腐蚀速率不同，可在硅片表面形成类似“金字塔”形状的绒面，有效降低硅片对光的反射率。
但单晶硅片在单纯的碱溶液中会快速生成大量的氢气，所形成的气泡粘附在硅片表面，阻隔反应进行，无法形成绒面，更严重的是会产生“漂片”的后果。与之相反，如果持续脱泡，硅片一直反应，则会使得表面产生“抛光”，反射率极高，失去应用价值。因此，制绒剂中还会添加绒面优化剂，随着制绒反应进行到一定程度，优化剂吸附到单晶硅片表面，抑制反应进行，保持住优化的绒面结构。
最近，单晶硅片的切割技术从砂浆切割转向更高效的金刚线切割，但金刚线切割技术会使单晶硅片表面覆盖有一层非晶硅片，还密布平行的线痕。上述切割纹路会影响制绒后单晶硅片表面的外观和反射率，导致组装后的太阳能电池的光电转换效率较低。早期工业上多使用的基于氢氧化钠与异丙醇的组合物进行制绒。但作为有机小分子的异丙醇易挥发，使用寿命短，且其大量使用，使得废液的COD值高，引起环境问题。同时，异丙醇对于绒面的优化效果一般，使得制绒后的单晶硅片的反射率相对较高。筛选并使用天然绿色来源的助剂来实现制绒具有较大的意义。
其中中国专利文献CN 106087068A还公开了一种壳聚糖-氨基磺酸单晶硅太阳能电池片表面织构液。但据大量公开文献报道，由于分子量结构呈刚性，分子间存在强氢键作用，壳聚糖只能溶解于微酸性水溶液中，在中性及碱性环境中都会析出。因此，壳聚糖无法直接在制绒过程中使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了单晶硅片制绒添加剂，该制绒添加剂绿色环保，工艺简单，制绒后能在单晶硅片上获得均匀、细小的绒面金字塔，反射率低。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于由以下组分配制而成：壳寡糖、N-甲基吡咯烷酮、苯扎氯铵和水，所述组分的质量百分含量为：壳寡糖 0.5-5%、N-甲基吡咯烷酮1-5%、苯扎氯铵0.001-0.05%，余量为水。
本单晶硅片制绒添加剂中的低分子量的壳寡糖在碱性水溶液中具有优良的水溶性，其分子结构中的多羟基特性能有效发挥脱泡剂的效果，保证制绒反应的进行。同时，壳寡糖分子结构中含有乙酰基团，具有一定的疏水性，可附着到硅片表面，因此可作为绒面优化剂对制绒得到的金字塔绒面进行优化。分子量影响溶解效果，脱乙酰度则决定了乙酰基团的含量，N-甲基吡咯烷酮在制绒过程中具有清洗效果，能提高制绒后硅片表面的清洁度，壳寡糖本身虽含有氨基但在碱性环境中抗菌效果差，其糖环结构易滋生细菌，因此添加少量季铵盐型防腐剂可有效延长产品的使用寿命，添加极微量的苯扎氯铵也不会影响制绒效果。
在上述的一种单晶硅片制绒添加剂中，所述的壳寡糖的分子量为500-3500，壳寡糖的脱乙酰度为40%-95%。
在上述的一种单晶硅片制绒添加剂中，所述的壳寡糖的分子量为1000-2000，壳寡糖的脱乙酰度为50%-70%时，制绒效果最优。
在上述的一种单晶硅片制绒添加剂中，所述的水为电导率< 1 μs/cm的去离子水。
本发明还提供了一种用于单晶硅片制绒的制绒液，由上述制绒添加剂和碱溶液组成，其中制绒添加剂与碱溶液的质量比为0.1-5:100。
在上述的一种用于单晶硅片制绒的制绒液中，所述的碱溶液为1-3%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
本发明还提供了一种单晶硅片的制绒方法，利用上述制绒液对单晶硅片进行表面制绒。
上述单晶硅片的制绒方法的具体步骤包括：
1）制绒添加剂的配置：依次将质量百分比为0.5-5%的壳寡糖、1-5%的N-甲基吡咯烷酮和0.001-0.1%的苯扎氯铵溶解到余量的水中，混合均匀；
2）制绒液的配置：将步骤1）制得的制绒添加剂加到碱溶液中，混合均匀；所述的制绒添加剂与碱溶液的质量比为0.1-5:100，所述的碱溶液为浓度为1-3%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液；
3）将单晶硅片置入步骤2）制得的制绒液中进行制绒，制绒温度为80-88℃，制绒时间为600-1200s。
与现有技术相比，本制绒添加剂中的有效组分来源绿色环保，环境危害小，所使用的清洗溶剂沸点高，难挥发，无需补加，便利操作降低成本。同时，本制绒添加剂可获得优异的制绒效果，制绒后绒面金字塔的尺寸较小，分布均匀，对光的反射率低，能提高组装得到的太阳能电池片的光电转换效率。
附图说明
图1是经本发明处理得到的硅片表面绒面的扫描电镜示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
1、 配置制绒添加剂：将1.5g壳寡糖（分子量为1500，脱乙酰度为55%），5gN-甲基吡咯烷酮，0.005g苯扎氯铵依次溶解到100 ml去离子水中。
2、配置碱液：将15g氢氧化钠溶于985g去离子水中，得到浓度为1.5%的氢氧化钠水溶液。
3、配置碱性制绒液：将步骤1所得的制绒添加剂和步骤2得到的碱液以质量比为1:100混合均匀。
4、制绒工艺：将太阳能电池用单晶硅片浸没入步骤3制备的碱性制绒液进行表面制绒，制绒温度为85 ℃，制绒时间为720 s。
图1为制绒后硅片表面的扫描电镜示意图，金字塔结构清晰、均匀，大小在1-2μm。单晶硅片的反射率为12.2%，蚀刻掉的硅片重量约为5.3%。
实施例2：
1、配置制绒添加剂：将0.5g壳寡糖（分子量为3000，脱乙酰度为85%），3.0gN-甲基吡咯烷酮，0.001 g苯扎氯铵依次溶解到100 ml去离子水中。
2、 配置碱液：将10g氢氧化钠溶于990g去离子水中，得到浓度为1%的氢氧化钠水溶液。
3、配置碱性制绒液：将步骤1所得的制绒添加剂和步骤2得到的碱液以质量比为0.5:100混合均匀。
4、制绒工艺：将太阳能电池用单晶硅片浸没入步骤3制备的碱性制绒液进行表面制绒，制绒温度为80℃，制绒时间为1200 s。
制绒后单晶硅片的反射率为13.1%，蚀刻掉的硅片重量约为5.2%。
实施例3：
1、配置制绒添加剂：将5.0g壳寡糖（分子量为800，脱乙酰度为40%），2.5gN-甲基吡咯烷酮，0.05g苯扎氯铵依次溶解到100 ml去离子水中。
2、配置碱液：将30g氢氧化钠溶于970g去离子水中，得到浓度为3%的氢氧化钠水溶液。
3、配置碱性制绒液：将步骤1所得的制绒添加剂和步骤2得到的碱液以质量比为2:100混合均匀。
4、制绒工艺：将太阳能电池用单晶硅片浸没入步骤3制备的碱性制绒液进行表面制绒，制绒温度为88℃，制绒时间为600 s。
制绒后单晶硅片的反射率为12.8%，蚀刻掉的硅片重量约为5.7%
实施例4：
1、配置制绒添加剂：将2.0g壳寡糖（分子量为2000，脱乙酰度为40%），1.0gN-甲基吡咯烷酮，0.01g苯扎氯铵依次溶解到100ml去离子水中。
2、配置碱液：将15g氢氧化钠溶于985g去离子水中，得到浓度为1.5%的氢氧化钠水溶液。
3、配置碱性制绒液：将步骤1所得的制绒添加剂和步骤2得到的碱液以质量比为1:100混合均匀。
4、制绒工艺：将太阳能电池用单晶硅片浸没入步骤3制备的碱性制绒液进行表面制绒，制绒温度为85℃，制绒时间为1000 s。
制绒后单晶硅片的反射率为12.5%，蚀刻掉的硅片重量约为5.2%。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于由以下组分配制而成：壳寡糖、N-甲基吡咯烷酮、苯扎氯铵和水，所述组分的质量百分含量为：壳寡糖0.5-5%、N-甲基吡咯烷酮1-5%、苯扎氯铵0.001-0.05%，余量为水。
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，所述的壳寡糖的分子量为500-3500，壳寡糖的脱乙酰度为40%-95%。
3.根据权利要求2所述的一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于，所述的壳寡糖的分子量为1000-2000，壳寡糖的脱乙酰度为50%-70%。
4.根据权利要求1所述的一种单晶硅片制绒添加剂，其特征在于，所述的水为电导率<1μs/cm的去离子水。
5.一种用于单晶硅片制绒的制绒液，其特征在于，其含有碱溶液和权利要求1-4中任意一项的制绒添加剂，所述的制绒添加剂与碱溶液的质量比为0.1-5:100。
6.根据权利要求5所述的一种用于单晶硅片制绒的制绒液，其特征在于，所述的碱溶液为1-3%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
7.一种单晶硅片的制绒方法，其特征在于，利用权利要求5或6所述的制绒液对单晶硅片进行表面制绒。
8.根据权利要求7所述的一种单晶硅片的制绒方法，其特征在于，其具体步骤包括：
1）制绒添加剂的配置：依次将质量百分比为0.5-5%的壳寡糖、1-5%的N-甲基吡咯烷酮和0.001-0.1%的苯扎氯铵溶解到余量的水中，混合均匀；
2）制绒液的配置：将步骤1）制得的制绒添加剂加到碱溶液中，混合均匀；所述的制绒添加剂与碱溶液的质量比为0.1-5:100，所述的碱溶液为浓度为1-3%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液；
3）将单晶硅片置入步骤2）制得的制绒液中进行制绒，制绒温度为80-88℃，制绒时间为600-1200s。
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