CN109216179B - 一种蚀刻液及其制备方法、使用方法 - Google Patents

一种蚀刻液及其制备方法、使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蚀刻液，该蚀刻液为含有氢氧化物、异丙醇、2‑乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇的水溶液。本发明还提供了该种蚀刻液的制备方法和使用方法。本发明提供的蚀刻液可用以多晶硅的碱制绒，该蚀刻液在保证较优的制绒效果的同时，有效地消除硅片表面的线痕，而且消泡效果得到大大的提高。

Description

一种蚀刻液及其制备方法、使用方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制绒领域，具体涉及一种蚀刻液及其制备方法、使用方法。
背景技术
制绒是硅太阳能电池制备工序中重要的一步，也是黑硅技术运用于制备硅太阳能电池的重要步骤。目的是去除金刚线切割硅片时在硅片表面留下的线痕，并且在硅片表面形成绒面结构以降低硅片表面反射率。目前所用的制绒方法，通常单晶硅使用碱制绒，多晶硅使用酸制绒。一般情况，利用碱溶液的各向异性在单晶硅片表面蚀刻出金字塔状分布的绒面。因为多晶硅上面不同晶粒的晶向不同，所以碱溶液对多晶硅的制绒效果并不理想，而且蚀刻的过程中会产生大量气泡附着在硅片表面导致硅片制绒效果不佳，硅片容易漂浮。利用酸溶液的各向同性，可以在多晶硅片上腐蚀出深度不同的坑洞，达到降低反射率的效果。但是如果用金刚线切割的办法来提高硅片切割的效率，降低硅片的切割成本，会导致硅片表面的线痕难以用酸制绒，酸制绒会导致绒面难以满足要求，大大降低太阳能电池效率和外观品质。所以通过增加碱蚀工艺，即增加碱制绒步骤来满足金刚线切割的多晶硅制绒工艺成为业界研发的热点。
申请号为CN201610307092.7的发明专利申请公开有一个碱制绒的技术方案，所述技术方案为：将经过上述步骤处理的多晶硅片置于氢氧化钠溶液中进行碱制绒处理， 在多晶硅片表面形成纳米倒金字塔嵌于微米孔内的微纳复合结构。氢氧化钠溶液中，氢氧化钠的质量分数为1-10wt％。碱制绒处理的温度为20-60℃，时间为1-10分钟，而后用去离子水对硅片表面进行清洗。
然而上述技术方案却未能解决碱制绒过程中的气泡问题，间接影响了制绒效果。所以，目前急需一种能基本消除硅片表面线痕，保证制绒效果，还能解决制绒过程中的气泡问题的蚀刻液。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种蚀刻液，该蚀刻液既能基本消除硅片表面线痕，又能保证制绒效果，还能解决制绒过程中的气泡问题。本发明的另一个目的在于提供所述蚀刻液的制备方法。本发明的再一个目的在于提供所述蚀刻液的使用方法。
为达到以上目的，本发明提供一种蚀刻液，其为含有氢氧化物、异丙醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐（TC-EHS）、聚乙烯胺和聚乙二醇的水溶液。
本发明提供的蚀刻液呈碱性，适用于多晶硅的碱制绒，所述蚀刻液由多种组分复配而成，由于组分间的相互作用，在保证较优的制绒效果的同时，有效地消除硅片表面的线痕。氢氧化物呈碱性，是碱制绒的主要成分。异丙醇具有一定的消泡作用，同时会促进碱蚀刻的反应。本发明的蚀刻液通过加入2-乙基己基硫酸酯钠盐（TC-EHS）、聚乙烯胺和聚乙二醇，蚀刻液的消泡效果得到大大的提高，即有效减少了制绒过程中的气泡。本领域技术人员可知，现有技术中，碱制绒过程中产生的大量气泡，这些气泡会附着在硅片表面，使硅片上浮，进而影响硅片的表面制绒效果，所以解决碱制绒过程中的气泡问题可促进硅片制绒。
本发明还提供上述蚀刻液的制备方法，将氢氧化物、异丙醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇加入水中搅拌至溶解。
本发明还提供上述蚀刻液的使用方法，将硅片置于所述蚀刻液中进行蚀刻处理，然后用水清洗蚀刻后的硅片；优选地，蚀刻时间为3-6min，蚀刻温度为77-82℃。
具体实施方式
本发明提供了一种蚀刻液, 其为含有氢氧化物、异丙醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇的水溶液。
为了消除多晶硅碱制绒过程出现的大量气泡，本发明的蚀刻液创造性地加入了2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇，大大提高了蚀刻液的消泡效果，有效抑制了气泡的生成。此外，2-乙基己基硫酸酯钠盐有利于消除硅片表面的线痕。氢氧化物是多晶硅碱制绒的主要成分，为了保证蚀刻效果，氢氧化物应为强碱，为此，本发明中的氢氧化物优选为氢氧化钾和/或氢氧化钠。异丙醇是多晶硅碱制绒的重要成分，其具有一定的消泡作用，同时促进碱制绒的反应。
优选地，本发明还提供了所述蚀刻液的成分，其中，氢氧化物的含量为60-80g/L，异丙醇的含量为1-50g/L，2-乙基己基硫酸酯钠盐的含量为0.1-1g/L，聚乙烯胺的含量为0.1-0.5g/L，聚乙二醇的含量为0.1-2g/L。当蚀刻液的成分控制在上述范围内时，蚀刻液既能保证多晶硅的碱制绒质量，又能消除硅片表面线痕，还能有效减少制绒过程中的气泡。
本发明的蚀刻液呈碱性，蚀刻液的pH值影响着多晶硅碱制绒的效果，而且还会影响硅片表面线痕的消除，因此蚀刻液的pH值必须控制在合适的范围内。优选地，本发明的蚀刻液pH值为12。
为了提高消泡效果，本发明添加了聚乙二醇。然而，聚乙二醇的含量过高时，其会抑制硅片的碱制绒反应；聚乙二醇的含量过低时，蚀刻液的消泡效果会降低。因此，除了要控制聚乙二醇的含量在上述范围内，还要控制聚乙二醇的平均分子量在300-400内。
本发明提供的蚀刻液由多种组分复配而成，由于组分间的相互作用，在保证较优的制绒效果的同时，有效地消除硅片表面的线痕，而且消泡效果也较好，因此，优选地，所述聚乙二醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐和聚乙烯胺的含量的比值为1：（0.5-5）：（0.3-2）。
本发明还提供上述蚀刻液的制备方法，将氢氧化物、异丙醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇加入水中搅拌至溶解。进一步地，首先将氢氧化物溶于水，然后加入聚乙烯胺，搅拌至溶解，最后加入异丙醇、聚乙二醇和2-乙基己基硫酸酯钠盐，控制温度在50-80℃，再充分搅拌均匀，即得到所述蚀刻液。
本发明还提供上述蚀刻液的使用方法，将硅片置于所述蚀刻液中进行蚀刻处理3-6min，蚀刻温度为77-82℃ ，然后用水清洗蚀刻后的硅片。
为了进一步说明本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果，以下结合实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明中所述实施例中的所有原料如非特指，均为市售产品。
实施例1-7
1、制备蚀刻液：将氢氧化物溶于水，然后加入聚乙烯胺，搅拌至溶解，最后加入异丙醇、聚乙二醇和2-乙基己基硫酸酯钠盐，控制温度在65℃，再充分搅拌均匀，即得到所述蚀刻液。按照表1中的组分配比得到蚀刻液A1-A7。其中，A4选用的氢氧化物为氢氧化钠（NaOH），A1-A3和A5-A7选用的氢氧化物为氢氧化钾（KOH）；A5选用的聚乙二醇为聚乙二醇400，即平均分子量为400的聚乙二醇；A1-A4和A6选用的聚乙二醇为聚乙二醇300；A7选用的聚乙二醇为聚乙二醇200。
2、将15.6*15.6cm的硅片（所述硅片表面有线痕）置于步骤1中的蚀刻液中进行蚀刻处理，时间为4分钟，温度为78℃。
对比例1
根据申请号为CN201610307092.7的专利说明书中记载的碱制绒步骤，制备蚀刻液D1并对15.6*15.6cm的硅片（所述硅片表面有线痕）进行碱制绒处理（即蚀刻处理），其中所述蚀刻液D1为质量百分比为10wt%的氢氧化钠溶液。
对比例2
采用与实施例1（A1）相同的方法制备蚀刻液D2和对硅片进行蚀刻处理，不同的是，蚀刻液中仅含有氢氧化钾。
对比例3
采用与实施例1（A1）相同的方法制备蚀刻液D3和对硅片进行蚀刻处理，不同的是，异丙醇的含量为10g/L，聚乙二醇300的含量为3g/L，2-乙基己基硫酸酯钠盐的含量为2g/L，聚乙烯胺的含量为1g/L。
对比例4
采用与实施例1（A1）相同的方法制备蚀刻液D4和对硅片进行蚀刻处理，不同的是，蚀刻液中不含有聚乙烯胺。
对比例5
采用与实施例1（A1）相同的方法制备蚀刻液D5和对硅片进行蚀刻处理，不同的是，蚀刻液中不含有2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺。
表1，表中各含量的单位为g/L
Figure 949529DEST_PATH_IMAGE001
观察上述蚀刻处理（即碱制绒处理）过程中消泡的效果，并观察和测量经过上述上述蚀刻处理（即碱制绒处理）后，硅片表面的外观效果和减重。所述减重为蚀刻处理前后，硅片的质量差，单位为g。目前工业化生产中，衡量制绒质量的好坏一般用减重。减重不够会导致损伤层去除不净，腐蚀坑过深过窄；减重过大会导致腐蚀坑过大，大的不规则腐蚀坑洞较多，绒面一致性差等。所以减重一定要控制在合理的范围内，所述减重的优选范围为0.25-0.33g。
上述观察结果和测量结果如表2所示。
表2
Figure 344738DEST_PATH_IMAGE002
从表2可以看出，比较现有技术，本发明提供的蚀刻液的消泡效果明显，能基本消除硅片表面线痕，而且在一定程度上提高了制绒效果。
比较实施例1、5、7可知，当聚乙二醇的平均分子量在本发明的优选范围时，蚀刻液的消泡效果较好，制绒效果也较好。
比较实施例1、6可知，当聚乙二醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐和聚乙烯胺的含量的比值在本发明的优选范围时，蚀刻液能在有效消除线痕且保证制绒效果的同时，进一步提高消泡效果。
比较实施例1、对比例4、5可知，只有当聚乙二醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐和聚乙烯胺一同使用时，蚀刻液才能兼具较好的消泡效果和较好的制绒效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种蚀刻液，其特征在于，其为含有氢氧化物、异丙醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇的水溶液，所述氢氧化物的含量为60-80g/L，异丙醇的含量为1-50g/L，2-乙基己基硫酸酯钠盐的含量为0.1-1g/L，聚乙烯胺的含量为0.1-0.5g/L，聚乙二醇的含量为0.1-2g/L。
2.如权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液的pH值为大于12。
3.如权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述氢氧化物为氢氧化钾和/或氢氧化钠。
4.如权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述聚乙二醇的平均分子量为300-400。
5.如权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述聚乙二醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐和聚乙烯胺的质量比值为1：（0.5-5）：（0.3-2）。
6.如权利要求1-5任意一项所述的蚀刻液的制备方法，其特征在于，将氢氧化物、异丙醇、2-乙基己基硫酸酯钠盐、聚乙烯胺和聚乙二醇加入水中搅拌至溶解。
7.如权利要求6所述的蚀刻液的制备方法，其特征在于，首先将氢氧化物溶于水，然后加入聚乙烯胺，搅拌至溶解，最后加入异丙醇、聚乙二醇和2-乙基己基硫酸酯钠盐，控制温度在50-80℃，再充分搅拌均匀，即得到所述蚀刻液。
8.如权利要求1-5任意一项所述的蚀刻液的使用方法，其特征在于，将硅片置于所述蚀刻液中进行蚀刻处理，然后用水清洗蚀刻后的硅片。
9.如权利要求8所述的蚀刻液的使用方法，其特征在于，所述蚀刻时间为3-6min，蚀刻温度为77-82℃。
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