CN110098282B - 一种太阳能电池制绒设备中的新型滚轮加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池制绒设备中的新型滚轮加工方法，所述方法包括以下步骤：1）制备石墨烯；2）石墨烯的转移；该方案提高硅片制绒产量以及绒面均匀性，解决链式黑硅制绒设备中滚轮上银的吸附对药液寿命和电池片效率影响的问题，提供了一种用于太阳能电池制绒设备中的新型滚轮。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工方法，具体涉及一种太阳能电池制绒设备中的新型滚轮加工方法，属于晶体硅太阳能电池加工技术领域。
背景技术
石墨烯的化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子。当这些原子或分子作为给体或受体时可以改变石墨烯载流子的浓度，而石墨烯本身却可以保持很好的导电性。但当吸附其他物质时，如H+和OH-时，会产生一些衍生物，使石墨烯的导电性变差，但并没有产生新的化合物。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，研究与应用开发持续升温，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，可以考虑将石墨烯运用于太阳能电池片制造设备中，例如目前多晶硅片的湿法链式制绒设备中的滚轮 。
在电池片的生产中，主要分为制绒-扩散-刻蚀-镀膜-丝网印刷-检测六大工序。其中多晶硅的制绒是利用链式设备对硅片表面进行酸腐蚀，来达到所需要的硅片表面。利用硅的各向同性腐蚀，即各个晶面的腐蚀速率都相同，湿法链式制绒包含HNO3/HF/H2O系统，从电化学的角度分析硅的腐蚀过程，可分解为分别在阳极和阴极发生的电化学反应，硅在阳极被氧化，硝酸在阴极被还原。化学反应的阳极和阴极是由硅表面空间相对分离的电子空穴交换形成的。此外，目前普遍认为HNO3/HF体系中的反应活性物质为HNO2，HNO2的生成是反应速率控制步骤，这个体系中亚硝酸的产生是一个自催化的过程，随反应批次的增加，溶液中的亚硝酸逐渐增多，而硝酸减少，当达到一定平衡后，反应趋于稳定，对硅片表面缺陷及晶界处的攻击不再剧烈，有助于形成均匀的绒面结构。而石墨烯具有良好的氧化还原性，在酸性条件下具有较好的还原性，4HNO3+C=4NO2+CO2+2H2O，滚轮上镀石墨烯后，会在滚轮附近形成NO2的氛围，促进亚硝酸的自催化反应，即硅片在新型滚轮附近时可以加快氧化还原反应和各向同性腐蚀，且亚硝酸浓度更快地趋于稳定。这样既能加快反应又能得到更均匀的绒面效果，产量和质量都提高，硅片制绒效率得到更好的保证。
另外，在链式黑硅实际生产过程中，设备采用滚轮来带动硅片的传送，工艺上通常采用硝酸银作为添加剂，常规滚轮是PVDF材质，虽然PVDF具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性，但由于滚轮表面很难做到极度光滑，会有许多细小的凹坑，而溶液中的银随机分布，随着制绒进程的推进，会在滚轮的这些凹坑里不断沉积银原子，即吸附在滚轮表面，该部位如果经历长时间累积银达到一定量，进而影响硅片上银的分布， 造成硅片绒面不均匀，达不到各向同性腐蚀的要求，直观的表现为药液失效；同时由于硅片上银分布不均，会导致后续的去银不彻底，电池片效率偏低，且低失效较多。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种太阳能电池制绒设备中的新型滚轮加工方法，由于石墨烯具有可以吸附并脱附各种原子和分子的特性，所以即使滚轮表面不光滑，银原子沉积到滚轮表面，也能及时让银脱附，不存在滚轮上沉积银的问题。由于石墨烯本身的各项特性，既能改善硅片绒面的效果和提高产量；又可以很好的避免银在滚轮表面的沉积，解决了链式黑硅药液后期银的分布对硅片的影响，提高药液使用寿命，提高黑硅电池片效率的同时降低低失效电池片的比例。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种太阳能电池制绒设备中的新型滚轮加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）制备石墨烯；
2）石墨烯转移到滚轮。。
作为本发明的一种改进，所述步骤1）中制备石墨烯，具体如下：
将5g高纯度氯化钠颗粒放置于刚玉舟内，随后放入CVD管式炉设备中，通入流速100sccm的氢氮混合气体，炉管加热至805℃保持10min，通入5sccm乙烯，可直接在氯化钠表面生长石墨烯；将炉管温度降至室温，此时可得到表面覆盖有石墨烯的可溶性盐块体，在表明旋涂PVP胶，放于去离子水中即可在水面覆盖PVP/石墨烯薄膜。此方法在氯化钠表面生长石墨烯，利用氯化钠可溶性、盐晶体可再次利用的特性，循环制备石墨烯膜具有成本低，副产物少，环保的特点。
作为本发明的一种改进，所述步骤2）石墨烯的转移，具体如下，将PVP/石墨烯薄膜烘箱烘干，转移至两片透明载玻片中间，预热，使薄膜自然舒展后，浸入温热的40-50℃无水乙醇中4-6s后取出，粘附在清洗过后的滚轮上，待自然晾干后，将PVP/石墨烯/衬底取出，置于75℃的去离子水中，清除PVP胶体后，去离子水清洗3-5次，置于100-110℃烘箱中3min内至烘干。此方法具有无重金属残留，转移石墨烯用时少、成本低，转移墨烯质量较高等优点。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1）该技术方案制备后的石墨烯薄膜在电池片制绒设备中滚轮上的应用，新型滚轮采用传动轴杆1进行运转，材质为PVDF，但在其表面镀上新型工艺技术制备的石墨烯薄膜2（见图1），可作为滚轮和硅片的保护和隔离层，从而有效避免银原子吸附对制绒的影响；2）该方案中通过改进链式制绒设备的滚轮，只需要更换制绒槽内滚轮，即可提高制绒效率，并解决链式黑硅滚轮上银残留导致的一系列问题。提高产量并改善硅片绒面均匀性，提高链式黑硅药液使用寿命提高电池片效率的同时降低低失效电池片的比例。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合具体实施方式对本实施例做详细的说明。
附图说明
图1为本发明CVD法制备的石墨烯薄膜转移至滚轮运转表面过程示意图。
实施例1： 参见图1，一种太阳能电池制绒设备中的新型滚轮加工方法，所述方法包括以下步骤：
1）制备石墨烯；
2）石墨烯的转移，该方案提高产量并改善硅片绒面均匀性，提高链式黑硅药液使用寿命以及降低低失效电池片的比例。
所述步骤1）中制备石墨烯，具体如下：
将5g高纯度氯化钠颗粒放置于刚玉舟内，随后放入CVD设备管式炉中，用机械泵抽至真空，通入流速100sccm的氢氮混合气体（H2：N2=1:9），炉管加热至805℃保持10min，通入5sccm乙烯，可直接在NaCl表面生长石墨烯；将炉管温度降至室温，此时可得到表面覆盖有石墨烯的可溶性盐块体，在表明旋涂PVP胶，放于35℃去离子水中约30min即可在水面覆盖PVP/石墨烯薄膜。此方法在氯化钠表面生长石墨烯，利用氯化钠可溶性、盐晶体可再次利用的特性，循环制备石墨烯具有成本低，副产物少，环保的特点。
所述步骤2）石墨烯的转移，具体如下，将PVP/石墨烯薄膜烘箱烘干，转移至两片透明载玻片中间，预热，使薄膜自然舒展后，浸入温热的40-50℃无水乙醇中4-6s后取出，粘附在清洗过后的滚轮上，待自然晾干后，将PVP/石墨烯/衬底取出，置于75℃的去离子水中，清除PVP胶体后，去离子水清洗3-5次，置于100-110℃烘箱中3min内至烘干。此方法具有无重金属残留，转移石墨烯用时少、成本低，转移墨烯质量较高等优点。
上述方案中，首先是制备石墨烯薄膜，采用化学气相沉积法（CVD）制备：利用沉积有多晶Ni膜的硅片作为基体制备出大面积少层石墨烯，然后是石墨烯的转移，CVD制备法的金属基底会影响石墨烯的进一步应用，因此，合成的石墨烯必须转移到一定的目标基底，即滚轮上，该转移技术主要包含湿化学腐蚀基底法、干法转移、机械剥离技术等，其中湿法转移过程中容易使刻蚀剂等残留在石墨烯上，为了高质量地转移到目标衬底上，建议采用干法转移，这种方法能够将CVD成长的石墨烯转移到各种有机或者无机衬底上。综上即先采用CVD法制备石墨烯薄膜，后采用干法转移到滚轮上，且根据需要，可以选择镀膜的层数，以满足不同要求。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (2)
1.一种太阳能电池制绒设备中的滚轮加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）制备石墨烯；
2）石墨烯转移到滚轮上；
所述步骤1）中制备石墨烯，具体如下：
将5g高纯度氯化钠颗粒放置于刚玉舟内，随后放入CVD设备管式炉中，用机械泵抽至真空,通入流速100sccm的氢氮混合气体，炉管加热至805℃保持10min，通入5sccm乙烯可直接在NaCl表面生长石墨烯；将炉管温度降至室温，此时可得到表面覆盖有石墨烯的可溶性盐块体，在其表面涂PVP胶，放于35℃的去离子水中约30分钟，在水面覆盖PVP/石墨烯薄膜；
所述步骤2）石墨烯的转移，具体如下，将PVP/石墨烯薄膜烘箱烘干，转移至两片透明载玻片中间，预热，使薄膜自然舒展后，浸入温热的40-50℃无水乙醇中4-6s后取出，粘附在清洗过后的滚轮上，待自然晾干后，将PVP/石墨烯/滚轮取出，置于75℃的去离子水中，清除PVP胶体后，去离子水清洗3-5次，置于100-110℃烘箱中3min内至烘干。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制绒设备中的滚轮加工方法，其特征在于，所述步骤1）中制备石墨烯的步骤中，氢氮混合气体的气体混合比例如下：H2：N2=1:9。
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