CN109355711A - 一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，包括以下组分及其质量百分比：甜菜碱7.2～8.7％，咪唑啉0.3～0.8％，有机溶剂2.1～4.5％，抗再沉淀剂0.3～1.1％，及余量的去离子水。本发明中的添加剂在多晶硅片制绒过程中，能有效调节制绒液中酸与硅的反应，达到去除多晶硅片表面油污及损伤层的目的，且硅片表面绒面均匀性好，硅片腐蚀坑内结构更加精细化，反射率比常规无添加剂制绒后的金刚线切割多晶硅片反射率低8～13％。该添加剂在生产过程中工艺简单，原材料廉价，稳定性好，无其他过程副产品，不产生对环境毒害物质，是一种绿色环保产品。

Description

一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂及其应用

技术领域

本发明属于多晶硅片制绒技术领域，具体涉及一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂及其应用。

背景技术

目前，因具有经济环保、切割效率高、所切割的硅片在后续电池工艺制作中碎片率低等优点，金刚线切割技术受到光伏行业的广泛重视。与传统砂浆线切割多晶硅片不同，金刚线切割多晶硅片表面损伤少，并且多晶硅片表面多撕裂型线痕，导致在制绒过程中难以获得理想的绒面，进而影响晶硅电池的光电转换效率，严重制约了其大规模产业化推广。

基于上述问题，若能在常规酸性制绒液中增加一种辅助添加剂，用以解决改善金刚线切割多晶硅片的制绒表面外观、降低反射率，进而达到提高光电转换效率的目的，不仅操作简便，成本增加少，而且对多晶硅电池的发展有着重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂。在常规酸性制绒液中使用本发明，得到的金刚线切割多晶硅片的绒面均匀、连续，硅片绒面颜色一致，无明显色差，反射率低，后续制成的晶硅电池光电转换效率高。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题的解决方案是：一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，包括如下组分及其质量百分比：甜菜碱7.2～8.7％，咪唑啉0.3～0.8％，有机溶剂2.1～4.5％，抗再沉淀剂0.3～1.1％，及余量的去离子水。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的甜菜碱为烷基甜菜碱，RN+(CH3)2CH2COO-，R是碳数为12～18。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的咪唑啉为月桂酸咪唑啉。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的有机溶剂为N-二甲基吡咯烷酮(NMP)。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的抗再沉淀剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其由其由K-15、K-30两个型号中的任意一种或两种混合而成，其中K值是表征PVP水溶液相对粘度的特征值。

本发明的另一方面还提供了上述用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂的一种应用，具体包括如下步骤：

A)配制制绒添加剂：按照以下组分及质量百分比配制添加剂：十二烷基二甲基甜菜碱7.2～8.7％，月桂酸咪唑啉0.3～0.8％，NMP 2.1～4.5％，聚乙烯吡咯烷酮PVP 0.3～1.1％，及余量的去离子水；

B)配制酸性制绒液，优选地，按照体积百分比：氢氟酸：硝酸：去离子水＝0.5～1:3.5～4.2:2.3～3.5,其中氢氟酸的质量含量为49％，硝酸质量含量为68％；

C)将步骤A)制得的制绒添加剂加入步骤B)制得的酸性制绒液中，优选地，制绒添加剂与酸性制绒液的体积百分比为0.3～1.1:100；

D)将金刚线切割多晶硅片浸入步骤C)制得的制绒液中进行表面制绒，优选地，制绒温度为5～15℃，制绒时长为40～120s；

E)将步骤C)制绒后的多晶硅片进行碱液浸泡，优选地，碱液为氢氧化钾溶液，按照体积百分比为氢氧化钾：去离子水＝1:20，其中氢氧化钾的质量含量为48％；

F)将步骤D)制得的多晶硅片进行去离子水清洗。

本发明的有益效果在于：使用本发明中的添加剂在对金刚线切割多晶硅片制绒过程中，可以大大降低制绒液与硅片表面的表面张力，增强其润湿性，通过占位效应控制有效酸与硅片表面的反应速率，进而去除金刚线切割造成的硅片表面的机械损伤层，控制腐蚀重量，得到制绒后的硅片表面绒面均匀性好，反射率比常规无添加剂制绒后的金刚线切割硅片反射率低8～13％，增加光的吸收，提高光电转换效率。而且，该添加剂在生产过程中工艺简单，原材料廉价，稳定性好，无其他过程副产品，不产生对环境毒害物质，是一种绿色环保产品。

本发明的优越性在于：

1.制绒添加剂中含有烷基甜菜碱，RN+(CH3)2CH2COO-，R是碳数为12～18，其为两性离子型表面活性剂，在酸性和碱性条件下具有优良的稳定性，与其他各种表面活性剂的配伍性好，对皮肤和眼睛刺激性小，生物降解性好，去污能力强。它的加入可以有效改善制绒液与硅片表面的润湿性，降低溶液的表面张力，使得制绒反应更均匀。

2.制绒添加剂中含有月桂酸咪唑啉，其为两性离子型表面活性剂，良好的去污和起泡性能，低毒，耐硬水，在强酸条件下的润湿性能稳定，可以与其他表面活性剂进行复配。它的加入可以改善制绒液与硅片表面的润湿性，且可以作为腐蚀抑制剂，有效控制制绒反应速度，减少硅片腐蚀度，控制腐蚀坑的深度。其良好的生物降解性亦不会对环境造成危害。

3.制绒添加剂中含有有机溶剂NMP，其可以溶解于水，且能溶解大多数有机与无机化合物。NMP的加入，可以消除硅片表面的手指印、油脂及硅片表面吸附的其他无机物，降低制绒液的表面张力，让制绒反应更均匀，从而使得硅片制绒表面的腐蚀坑内部结构更加均匀，尺寸一致。

4.制绒添加剂中含有抗再沉淀剂PVP，具有优异的溶解性能，既溶于水，又溶于有机溶剂。且PVP具有抗再沉淀性能，有效分散胶束，使制绒液均匀地覆盖于硅片表面，进而控制制绒反应速度，使得制绒表面更均匀。而且PVP具有极低的毒性和生理惰性，它对皮肤、眼睛无刺激，对环境无危害。

5.使用本发明的制绒添加剂后，硅片电池性能提高，具体表现为：制绒后的硅片绒面连续、均匀、致密，硅片表面颜色均匀一致，无明显色差，反射率较常规无添加剂制绒后的硅片低，增加光的吸收，提高转换效率。

附图说明

图1金刚线切割多晶硅片常规无添加剂制绒后的扫描电镜图；

图2金刚线切割多晶硅片使用本发明实例2后的扫描电镜图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1(参照组)

本实施例提供一个参照例，为常规无添加剂的制绒工艺。

采用如下步骤：

1)配制酸性制绒液：将1L氢氟酸、5L硝酸和3L去离子水混合均匀，其中氢氟酸的质量含量为49％，硝酸质量含量为68％；

2)配制碱液：将250ml浓度为48％的氢氧化钾溶液加入5L去离子水中，经搅拌均匀即可；

3)制绒：将金刚线切割多晶硅片浸入上述酸性制绒液中进行制绒，制绒温度为5～10℃，制绒时长为60s。

4)碱液浸泡：将经过制绒后的多晶硅片置于2)所制得的碱液中浸泡5s；

5)制绒后的金刚线切割多晶硅片表面反射率为35％。制绒前后的硅片减重为0.48g。附图1给出了该常规无添加剂制绒工艺后的金刚线切割多晶硅片表面的扫描电镜图片。由图片中可以看出，该绒面尺寸大小不一，且分布不均匀。

实施例2(使用本发明添加剂组)

本实施例采用如下步骤：

1)配制添加剂：将7.5g十二烷基二甲基甜菜碱、0.5g月桂酸咪唑啉、3g NMP、0.5g聚乙烯吡咯烷酮(K-15)溶解于88.5g去离子水中，搅拌均匀即可(即：配得添加剂中各组分质量百分比分别为：十二烷基二甲基甜菜碱7.5％、月桂酸咪唑啉0.5％、NMP3％、聚乙烯吡咯烷酮0.5％及去离子水88.5％)；

2)配制酸性制绒液：将1L氢氟酸、5L硝酸和3L去离子水混合均匀，其中氢氟酸的质量含量为49％，硝酸质量含量为68％；

3)配制碱液：将250ml浓度为48％的氢氧化钾溶液加入5L去离子水中，经搅拌均匀即可；

4)将1)所制得的添加剂45ml加入2)所制得的酸性制绒液中，经搅拌均匀即可；

5)制绒：将金刚线切割多晶硅片浸入上述4)所制得的制绒液中进行制绒，制绒温度为8～12℃，制绒时长为60s；

6)碱液浸泡：将经过制绒后的多晶硅片置于3)所制得的碱液中浸泡5s；

7)制绒后的金刚线切割多晶硅片表面反射率为30％。制绒前后硅片减重为0.25g。

附图2给出了使用本发明中的添加剂制绒工艺后的金刚线切割多晶硅片表面的扫描电镜图片。由图片中可以看出，机械切割处的线痕基本已经去除，该绒面尺寸大小一致，且分布均匀，所以使用本发明中的添加剂制绒后的硅片表面的陷光效果更好，从而反射率更低，光电转换效率升高。

实施例3(使用本发明添加剂组)

本实施例采用如下步骤：

1)配制添加剂：将8g十二烷基二甲基甜菜碱、0.8g月桂酸咪唑啉、4.4g NMP、1.1g聚乙烯吡咯烷酮(K15+K30)溶解于85.7g去离子水中，搅拌均匀即可(即：配得添加剂中各组分质量百分比分别为：十二烷基二甲基甜菜碱8％、月桂酸咪唑啉0.8％、NMP4.4％、聚乙烯吡咯烷酮1.1％及去离子水85.7％)；

2)配制酸性制绒液：将1L氢氟酸、5L硝酸和3L去离子水混合均匀，其中氢氟酸的质量含量为49％，硝酸质量含量为68％；

3)配制碱液：将250ml浓度为48％的氢氧化钾溶液加入5L去离子水中，经搅拌均匀即可；

4)将1)所制得的添加剂45ml加入2)所制得的酸性制绒液中，经搅拌均匀即可；

5)制绒：将金刚线切割多晶硅片浸入上述4)所制得的制绒液中进行制绒，制绒温度为8～15℃，制绒时长为40s；

6)碱液浸泡：将经过制绒后的多晶硅片置于3)所制得的碱液中浸泡5s；

7)制绒后的金刚线切割多晶硅片表面反射率为30％。制绒前后硅片减重为0.23g。

实施例4(使用本发明添加剂组)

本实施例采用如下步骤：

1)配制添加剂：将8.7g十二烷基二甲基甜菜碱、0.3g月桂酸咪唑啉、2.1g NMP、0.3g聚乙烯吡咯烷酮(K-30)溶解于88.6g去离子水中，搅拌均匀即可(即：配得添加剂中各组分质量百分比分别为：十二烷基二甲基甜菜碱8.7％、月桂酸咪唑啉0.3％、NMP2.1％、聚乙烯吡咯烷酮0.3％及去离子水88.6％)；

2)配制酸性制绒液：将1L氢氟酸、5L硝酸和3L去离子水混合均匀，其中氢氟酸的质量含量为49％，硝酸质量含量为68％；

3)配制碱液：将250ml浓度为48％的氢氧化钾溶液加入5L去离子水中，经搅拌均匀即可；

4)将1)所制得的添加剂45ml加入2)所制得的酸性制绒液中，经搅拌均匀即可；

5)制绒：将金刚线切割多晶硅片浸入上述4)所制得的制绒液中进行制绒，制绒温度为5～9℃，制绒时长为110s；

6)碱液浸泡：将经过制绒后的多晶硅片置于3)所制得的碱液中浸泡5s；

7)制绒后的金刚线切割多晶硅片表面反射率为30％。制绒前后硅片减重为0.24g。

表1

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下，还可做出若干的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，包括如下组分及其质量百分比：甜菜碱7.2～8.7％，有机溶剂2.1～4.5％，抗再沉淀剂0.3～1.1％，及余量的去离子水。

2.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，所述的甜菜碱为烷基甜菜碱，RN+(CH3)2CH2COO-，R是碳数为12～18。

3.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，还包括0.3～0.8％咪唑啉，所述的咪唑啉为月桂酸咪唑啉。

4.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，所述的有机溶剂为N-二甲基吡咯烷酮。

5.根据权利要求1所述的金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，所述的抗再沉淀剂为聚乙烯吡咯烷酮，其由K-15、K-30两个型号中的任意一种或两种混合而成。

6.一种用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂的应用，其特征在于包括以下步骤：

A)配制制绒添加剂：按照以下组分及质量百分比配制添加剂，十二烷基二甲基甜菜碱7.2～8.7％，月桂酸咪唑啉0.3～0.8％，N-二甲基吡咯烷酮2.1～4.5％，聚乙烯吡咯烷酮0.3～1.1％，及余量的去离子水；

B)配制酸性制绒液；

C)将步骤A)制得的制绒添加剂加入步骤B)制得的酸性制绒液中；

D)将金刚线切割多晶硅片浸入步骤C)制得的制绒液中进行表面制绒；

E)将步骤D)制绒后的多晶硅片进行碱液浸泡；

F)将步骤E)制得的多晶硅片进行去离子水清洗。

7.根据权利要求6所述的用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂的应用，其特征在于，所述步骤B)中，所述酸性制绒液由氢氟酸、硝酸及去离子水组成，按照体积百分比：氢氟酸：硝酸：去离子水＝0.5～1:3.5～4.2:2.3～3.5，其中氢氟酸的质量含量为49％，硝酸质量含量为68％。

8.根据权利要求6所述的用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂的应用，其特征在于，所述步骤C)中，制绒添加剂与酸性制绒液的体积百分比为0.3～1.1:100。

9.根据权利要求6所述的用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂的应用，其特征在于，所述步骤D)中的制绒温度为5～15℃，制绒时长为40～120s。

10.根据权利要求6所述的用于金刚线切割多晶硅片的制绒添加剂的应用，其特征在于，所述步骤E)中的碱性溶液为氢氧化钾溶液，按照体积百分比为氢氧化钾：去离子水＝1:20，其中氢氧化钾的质量含量为48％。