CN110042474A

CN110042474A - 一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂及其应用

Info

Publication number: CN110042474A
Application number: CN201910415790.2A
Authority: CN
Inventors: 叶俊; 王肖杰
Original assignee: Shanghai Han Yao Novel Material Science And Technology Ltd
Current assignee: Shanghai Han Yao Novel Material Science And Technology Ltd
Priority date: 2019-05-18
Filing date: 2019-05-18
Publication date: 2019-07-23

Abstract

本发明公开了一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂及其应用，涉及硅片制绒技术领域。其技术要点是：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂，包括如下质量百分比的组分：碱：0.05～0.2%；甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5～2%；葡萄糖：0.3～0.5%；聚丙烯酰胺：0.01～0.05%；乳酸：0.1～5%；表面活性剂:0.2～2%；余量为去离子水，本发明具有快速出绒的效果，制绒绒面小而均匀，反射率较低。

Description

一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂及其应用

技术领域

本发明涉及硅片制绒技术领域，更具体地说，它涉及一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂及其应用。

背景技术

目前单晶硅太阳电池的制备过程主要包括八个工艺：(1)预清洗；(2)制绒；(3)扩散；(4)刻蚀；(5)PE；(6)背钝化；(7)丝网印刷；(8)电池测试分拣。通过上述工艺制备出基于单晶硅晶体的太阳能电池，而后通过组件封装技术，把晶体硅制成组件，应用于光伏发电。

上述工艺中制绒的主要作用是在单晶硅表面形成类似于“金字塔”形状的起伏面，通过这些类“金字塔”结构，降低硅片表面的反射率，增加光吸收面积，从而提高电池的转化效率。此外，制绒过程中还会对硅片表面进行一定深度的刻蚀，去除硅片表面的损伤层(损伤层是硅片在切割加工过程中形成的切割损伤层，含有大量的杂质，在硅片表面形成大量的复合中心)，从而可降低硅片表面复合，提高电池效率。

当前制绒工艺主要采用硅片在碱溶液中各向异性的腐蚀特性，即不同晶面具有不同的腐蚀速率，在硅片表面腐蚀形成类“金字塔”密集的表面形貌，以减少硅片表面的反射率，提高电池效率。而目前制绒工艺中使用的化学品主要为碱性腐蚀液，具体为：NaOH或者KOH(浓度范围为质量比1.2-2％)，制绒添加剂(0.8-1.5％)以及去离子水等。

在单晶制绒过程中，主要的化学反应如下：

其中NaOH是主要的蚀刻剂，添加剂主要作用：一方面消除界面处形成的气泡，另一方面控制制绒反应速率，增加单晶硅(111)和(100)晶向面在碱溶液中腐蚀速率的差异，从而实现高密度以及比较均匀的金字塔结构。

为了更好的去除硅片切割过程中形成的损伤层和线痕，现有制绒设备一般具有初抛工艺，而经过初抛后，常规制绒后硅片表面形成的金字塔会变大且很不均匀，并进一步对后续工序如扩散、丝网印刷等造成影响。

因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂，硅片制绒前无需初抛和表面处理，不仅提高生产效率，降低生产成本，并且不会影响后续扩散、丝网印刷等工序，制得的硅片表面金字塔高且密集、分布均匀。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂，包括如下质量百分比的组分：

碱：0.05～0.2％；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5～2％；

葡萄糖：0.3～0.5％；

聚丙烯酰胺：0.01～0.05％；

乳酸：0.1～5％；

表面活性剂:0.2～2％；

余量为去离子水。

通过采用上述技术方案，甲基葡萄糖聚氧乙烯醚作为表面活性剂可控制反应体系的表面张力，使得反应体系具有良好的表面性能和稳定性，此外甲基葡萄糖聚氧乙烯醚和葡萄糖作为成核剂，增加硅片表面的成核点，提高单晶硅的各向异性，进而提高金字塔的出绒密度和均一性。

通过添加乳酸，可减缓碱与硅片反应的速率，同时还可增加水溶液对硅片的润湿性，使制绒得到的金字塔更加密集。

采用表面活性剂代替异丙醇来促进氢气气泡的释放，避免反应过中生成的氢气在硅片表面聚集而导致雨点印和白点不良，提高制绒效果，此外还具有清洁去污作用，硅片在制绒前无需进行抛光和表面处理，提高生产效率和降低生产成本。

进一步优选为，所述碱包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。

通过采用上述技术方案，通过在添加剂中添加少量的碱，可起到调节添加剂pH的作用，使得添加剂pH成碱性。

进一步优选为，所述表面活性剂包括十二烷基磺酸钾和有机硅表面活性剂，所述十二烷基磺酸钾和有机硅表面活性剂的质量比为1:1。

通过采用上述技术方案，表面活性剂可降低水溶液的表面张力，增加水溶液对硅片的润湿作用，促进生成的气泡快速脱离硅片；此外表面活性剂吸附在硅片的表面，削弱了氢氧根离子与硅片表面的接触，起到控制反应速率的作用。

进一步优选为，所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂中还包括0.01～2％的硅酸钠。

通过采用上述技术方案，单晶硅腐蚀过程中，会不断生成硅酸钠，而硅酸钠水溶液具有较强的碱性，多次水解产物中包含有硅酸，多种硅酸盐和硅酸氢盐，其中存在大量的极性和非极性基团，起到表面活性剂的作用，有效促进硅片表面的均匀腐蚀，即反应开始时的腐蚀液不如反应一段时间后的腐蚀液的制绒效果好，通过添加一定量的硅酸钠，模拟反应一段时间的腐蚀液，使得制绒效果较好，制绒后的硅片反射率降低。

进一步优选为，所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂中还包括0.1～5％的焦糖色。

通过采用上述技术方案，焦糖色起到修饰硅片表面金字塔的作用，使得制成的金字塔分布均匀，大小相同，提高单晶硅片表面的制绒效果。

进一步优选为，所述去离子水的电阻率大于10MΩ·cm。

本发明的目的二在于提供一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，通过该添加剂制得的硅片绒面金字塔的面密度更高且均匀，反射率较低。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：

一种根据目的一中所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，将单晶硅太阳能电池制绒添加剂加入到预先配好制绒液的单晶制绒槽中，温度控制在78～85℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡入单晶制绒槽中进行反应，制绒时间控制在300～420s

进一步优选为，所述制绒液中包括1.6％的氢氧化钠。

通过采用上述技术方案，制绒液中的氢氧化钠起到腐蚀单晶硅片表面的作用，为主要的制绒作用剂，即蚀刻剂。

进一步优选为，所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂与制绒液的质量比为(0.003～0.012):1。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

与传统单晶制绒添加剂相比，本发明具有快速出绒效果，制绒时间可控制在300～400s之间，大大增加产能；并且本发明具有短时间，制绒绒面小而均匀，出绒率高，减重可控，反射率更低，去污能力强的效果；此外本发明配方中采用表面活性剂代替异丙醇来促进氢气气泡的释放，避免硅片表面形成白斑，提高制绒效果，此外还具有清洁去污作用，硅片在制绒前无需进行和表面处理，提高生产效率和降低生产成本。

附图说明

图1为分别采用实施例1和对比例1中添加剂腐蚀硅片的反射率对比，其中较低数据的曲线为实施例1，较高数据的曲线为对比例1，横坐标为波长(nm)，纵坐标为反射率；

图2为采用实施例1中添加剂腐蚀硅片后的外貌形态。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。值得说明的是，其中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件下进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1-6：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，包括如下步骤：

将单晶硅太阳能电池制绒添加剂加入到预先配好制绒液的单晶制绒槽中，温度控制在82℃，搅拌均匀后，将125cm*125cm，电阻率为1.2Ω·m的<100>晶面P型掺B单晶硅片浸泡入单晶制绒槽中进行反应，制绒时间控制在400s；

其中制绒液中包括1.6％的氢氧化钠，单晶硅太阳能电池制绒添加剂与制绒液的质量比为0.01:1，单晶硅太阳能电池制绒添加剂的各组分及其相应的质量百分比如表1所示。

表1实施例1-6中各组分及其重量份数

实施例7：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，与实施例1的不同之处在于，单晶硅太阳能电池制绒添加剂包括如下质量百分比的组分：

氢氧化钠：0.05％；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5％；

葡萄糖：0.3％；

聚丙烯酰胺：0.01％；

乳酸：0.1％；

十二烷基磺酸钾：0.1％；

有机硅表面活性剂:0.1％；

硅酸钠：0.01％；

去离子水：98.74％。

实施例8：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，与实施例1的不同之处在于，单晶硅太阳能电池制绒添加剂包括如下质量百分比的组分：

氢氧化钠：0.05％；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5％；

葡萄糖：0.3％；

聚丙烯酰胺：0.01％；

乳酸：0.1％；

十二烷基磺酸钾：0.1％；

有机硅表面活性剂:0.1％；

硅酸钠：2％；

去离子水：96.84％。

实施例9：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，与实施例1的不同之处在于，单晶硅太阳能电池制绒添加剂包括如下质量百分比的组分：

氢氧化钠：0.05％；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5％；

葡萄糖：0.3％；

聚丙烯酰胺：0.01％；

乳酸：0.1％；

十二烷基磺酸钾：0.1％；

有机硅表面活性剂:0.1％；

焦糖色：0.1％；

去离子水：98.74％。

实施例10：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，与实施例1的不同之处在于，单晶硅太阳能电池制绒添加剂包括如下质量百分比的组分：

氢氧化钠：0.05％；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5％；

葡萄糖：0.3％；

聚丙烯酰胺：0.01％；

乳酸：0.1％；

十二烷基磺酸钾：0.1％；

有机硅表面活性剂:0.1％；

焦糖色：5％；

去离子水：93.84％。

对比例1：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，与实施例1的不同之处在于，单晶硅太阳能电池制绒添加剂包括如下质量百分比的组分：

氢氧化钠：0.05％；

葡萄糖：0.3％；

聚丙烯酰胺：0.01％；

乳酸：0.1％；

十二烷基磺酸钾：0.1％；

有机硅表面活性剂:0.1％；

去离子水：98.74％。

对比例2：一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，与实施例1的不同之处在于，单晶硅太阳能电池制绒添加剂包括如下质量百分比的组分：

氢氧化钠：0.05％；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5％；

葡萄糖：0.3％；

聚丙烯酰胺：0.01％；

乳酸：0.1％；

去离子水：98.74％。

性能测试

于380～1070nm波段范围内，采用Helios LAB-rc反射率测试仪，分别对采用实施例1-10和对比例1-2中单晶硅太阳能电池制绒添加剂制得的单晶硅片进行光反射率测试，测试结果计入表2中。为了更直观的表现出本发明配方制得的单晶硅太阳能电池制绒添加剂与对比例制得的添加剂之间的对比，将实施例1和对比例1中的数据放入同一折线图中，如图1所示。

如图2所示，其为采用实施例1中添加剂的制绒液腐蚀后的硅片表面形态，从图中可以看出，硅片的腐蚀效果较好，金字塔体积较小，大小均匀，覆盖率较高，覆盖较为密集。

通过表2中数据，图1中硅片腐蚀后外貌形态，以及图2中实施例1和对比例1的反射率对比可知，本发明制得的单晶硅太阳能电池制绒添加剂，大大提高硅片表面制绒效果，制得的单晶硅片表面反射率较低。

表2性能测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种单晶硅太阳能电池制绒添加剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

碱：0.05～0.2%；

甲基葡萄糖聚氧乙烯醚：0.5～2%；

葡萄糖：0.3～0.5%；

聚丙烯酰胺：0.01～0.05%；

乳酸：0.1～5%；

表面活性剂:0.2～2%；

余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂，其特征在于，所述碱包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。

3.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂，其特征在于，所述表面活性剂包括十二烷基磺酸钾和有机硅表面活性剂，所述十二烷基磺酸钾和有机硅表面活性剂的质量比为1:1。

4.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂，其特征在于，所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂中还包括0.01～2%的硅酸钠。

5.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂，其特征在于，所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂中还包括0.1～5%的焦糖色。

6.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂，其特征在于，所述去离子水的电阻率大于10MΩ·cm。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，其特征在于，将单晶硅太阳能电池制绒添加剂加入到预先配好制绒液的单晶制绒槽中，温度控制在78～85℃，搅拌均匀后，将单晶硅片浸泡入单晶制绒槽中进行反应，制绒时间控制在300～420s。

8.根据权利要求7所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，其特征在于，所述制绒液中包括1.6%的氢氧化钠。

9.根据权利要求6所述的单晶硅太阳能电池制绒添加剂的应用，其特征在于，所述单晶硅太阳能电池制绒添加剂与制绒液的质量比为(0.003～0.012):1。