CN110396725A - 一种单晶硅片的制绒添加剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅片的制绒添加剂及其应用，该制绒添加剂由以下组分及重量百分比组成：无机碱，质量浓度为1％‑2.5％；表面活性剂，质量浓度为1％‑20％；螯合剂，质量浓度为0.5％‑2.5％；消泡剂，质量浓度为0.5％‑2.5％，润湿分散剂，质量浓度为1％‑15％；余量为去离子水。制绒添加剂不仅成本低廉，而且对人体和环境友好、无危害，能够缩短制绒时间，提高制绒效率。本发明同时公开了该制绒添加剂的应用。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，具体是指一种单晶硅片的制绒添加剂及其应用。
背景技术
太阳能因具备可再生、能量蕴含量高和安全等优点而被人们广泛关注，并逐渐成为重要的新能源之一。而将太阳能应用到生活当中的一个重要途径是光伏发电，硅片是光伏发电产业最重要的原材料。目前，硅片表面的制绒技术是太阳电池研究的难点之一，制造出大小均匀、反射率较低的绒面，可有效提高太阳电池的光电转换效率。
目前常采用碱溶液制绒技术对硅片表面腐蚀，利用晶体硅在低浓度碱溶液中，不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的特性，通过一定时间的化学腐蚀，在硅片表面形成均匀密布的角锥体形貌，以达到减少硅晶片对太阳光的反射，提高太阳电池的光电转换效率。
目前工业生产采用碱性腐蚀液加入制绒添加剂，但存在价格高、制绒速度慢、绒面不均匀等缺点。因此，不断改进制绒剂中的各种添加组分，研制出具有成本低廉、环境友好的快速制绒添加剂，对提高制绒效率，促进光伏产业的发展起到推动作用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种单晶硅片的制绒添加剂，该制绒添加剂不仅成本低廉，而且对人体和环境友好、无危害，能够缩短制绒时间，提高制绒效率，对促进光伏产业的发展起到推动作用。
本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：一种单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，该制绒添加剂由以下组分及重量百分比组成：
无机碱，质量浓度为1％-2.5％；
表面活性剂，质量浓度为1％-20％；
螯合剂，质量浓度为0.5％-2.5％；
消泡剂，质量浓度为0.5％-2.5％；
润湿分散剂，质量浓度为1％-15％；
余量为去离子水。
本发明所述的表面活性剂可以有效降低溶液的表面张力，加强制绒液的渗透能力，在工艺过程中能够让制绒液快速渗透到接触区域，在硅片表面形成滑移膜，从而减小摩擦力，使生成的产物快速从硅片表面脱离。增加有机硅网的润湿性，有助于去除气泡，不同的应力决定了结构，线性结构，空间位阻小，硅吸附力强，而网络分子结构大，亲油性强，亲水性小，阻挡反应大。而且可以有效的消耗OH-，从而减缓Si与OH-的反应，得到的绒面更加均匀且反射率低。
本发明所述的螯合剂对金属离子有极佳的捕捉能力和分散效果，对多价金属离子能在相当宽的pH值范围内形成水溶性络合物，降低了硅酸钠形成的几率，大大减缓了溶液粘度上升的速度，既维持了一定的反应速率，又有效避免了花篮卡尺印等外观不良的产生。
本发明所述添加剂不含异丙醇和无水乙醇等高挥发性有机溶剂，且各组份均无毒性、无腐蚀性，对人体和环境无危害。制绒时间由原先的1000s左右，缩短至400s以内，在提高制绒效率的同时又降低了生产成本。
本发明中，所述无机碱的质量浓度优选为1％-2％，无机碱为NaOH、KOH中的任意一种或者是两种的任意组合。
本发明中，所述表面活性剂的质量浓度优选为1％-15％，表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠，仲烷基磺酸钠，醇醚羧酸钠，单烷基醚磷酸酯钾盐、聚环氧琥珀酸钠、羟基乙二叉二磷酸四钠、葡萄糖酸钠、、苯甲酸钠、全氟辛基磺酸钠、酮基磺酸盐、木质素磺酸钠、环糊精、全氟辛基磺酸钾、葡萄糖、果糖、木糖醇、月桂醇聚氧乙烯醚中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
本发明中，所述螯合剂的质量浓度优选为0.5％-1.2％，螯合剂为醋酸钙、亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸盐、甲酸钠、乙酸钠、乙二胺四乙酸四钠、羧甲基淀粉钠、海藻酸钠、酒石酸钠中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
本发明中，所述消泡剂的质量浓度优选为0.5％-2％，消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
本发明中，所述润湿分散剂的质量浓度优选为1％-3％，润湿分散剂为亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、N甲基吡咯烷酮、脂肪酸甲酯磺酸盐、聚乙二醇中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
利用本发明的制绒添加剂，可以在单晶硅片表面制造出大小均匀、反射率低于10％的类金字塔状绒面，无表面不良，以达到减少硅片表面对太阳光的反射，提高太阳电池的光电转换效率。且本发明的制绒添加剂不仅成本低廉，而且对人体和环境友好、无危害，大大缩短了制绒时间，提高了制绒效率，对促进光伏产业的发展起到推动作用。
本发明的目的之二是提供上述单晶硅片的制绒添加剂的应用。
本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：上述单晶硅片的制绒添加剂的应用，应用在单晶硅片的制绒液中，所述制绒添加剂占整个制绒液的质量百分比为1％-2.5％。
具体实施方式
实施例一
一种单晶硅片的制绒添加剂，该制绒添加剂由以下组分及重量百分比组成：
无机碱，质量浓度为1％；
表面活性剂，质量浓度为2％；
螯合剂，质量浓度为1％；
消泡剂，质量浓度为0.5％；
润湿分散剂，质量浓度为1.2％；
余量为去离子水。
本实施例中，无机碱为NaOH。
表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠。
螯合剂为醋酸钙。
消泡剂为乳化硅油。
润湿分散剂为亚甲基双萘磺酸钠。
上述制绒添加剂制备时，将各组分直接混合即可得到。
作为本实施例的变换，无机碱的质量浓度也可以在1％-2.5％范围内取值；无机碱也可以为NaOH、KOH中的任意一种或者是两种的任意组合。
表面活性剂的质量浓度也可以在1％-20％范围内取值；表面活性剂也可以为脂肪醇酰硫酸钠，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠，仲烷基磺酸钠，醇醚羧酸钠，单烷基醚磷酸酯钾盐、聚环氧琥珀酸钠、羟基乙二叉二磷酸四钠、葡萄糖酸钠、、苯甲酸钠、全氟辛基磺酸钠、酮基磺酸盐、木质素磺酸钠、环糊精、全氟辛基磺酸钾、葡萄糖、果糖、木糖醇、月桂醇聚氧乙烯醚中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
螯合剂的质量浓度也可以在0.5％-2.5％范围内取值；螯合剂也可以为醋酸钙、亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸盐、甲酸钠、乙酸钠、乙二胺四乙酸、羧甲基淀粉钠、海藻酸钠、酒石酸钠中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
消泡剂的质量浓度也可以在0.5％-2.5％范围内取值；消泡剂也可以为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
润湿分散剂的质量浓度液可以在1％-15％范围内取值；为亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、N甲基吡咯烷酮、脂肪酸甲酯磺酸盐、聚乙二醇中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
采用上述制绒添加剂进行单晶硅片的制绒过程如下：
步骤1、将单晶硅片放入碱性溶液进行粗抛，去除硅片切割步骤中的机械损伤层；碱性溶液的质量浓度在3.5％，反应温度75℃，反应时间180s；上述碱性溶液可以为NaOH、KOH中的任意一种或其组合，其余为去离子水；
步骤2、将步骤1获得的单晶硅片放入碱性溶液中清洗，去除硅片切割步骤中残留的有机物及表面脏污；碱性溶液的质量浓度在4％，反应温度70℃，反应时间180s；其中碱性溶液可以为NaOH、KOH、H2O2其中的一种或两种或多种组合，其余为去离子水；
步骤3、将步骤2获得的单晶硅片放入去离子水中清洗；
步骤4、将步骤3获得的单晶硅片放入制绒液中，在单晶硅片表面制作均匀的类似金字塔状绒面；制绒添加剂占整个制绒液的质量百分比为2％，KOH的质量浓度在2.5％，反应温度80℃，反应时间390s，制绒液为制绒添加剂、KOH及去离子水的混合液；制绒添加剂占整个制绒液的质量百分比也可以在1％-2.5％范围内取值；
步骤5、将步骤4获得的单晶硅片放入去离子水中清洗；
步骤6、将步骤5获得的单晶硅片放入后清洗液中，去除单晶硅片制绒后表面残留的有机物；反应温度40℃，反应时间170s；后清洗液的质量浓度在0.1％，后清洗液可以为O3、HCL、HF的两种或其多种组合，其余为去离子水；
步骤7、将步骤6获得的单晶硅片放入酸洗液中，中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液、去除硅片表面氧化层(该氧化层为SiO2)，形成疏水表面并去除硅片表面金属离子；酸洗液的质量浓度在7％，
反应时间180s；酸洗液可以为HF、HCL其中任意一种，也可以是其组合，其余为去离子水；
步骤8、将步骤7获得的单晶硅片放入去离子水中清洗并烘干。
利用本发明的制绒添加剂，可以在硅片表面形成大小均匀的类似金字塔的绒面形貌，类金字塔尺寸大小在1.5-2.5微米左右，平均反射率低于10％，硅片表面无外观不良。
实施例二
一种单晶硅片的制绒添加剂，该制绒添加剂由以下组分及重量百分比组成：
无机碱，质量浓度为1.6％；
表面活性剂，质量浓度为2.5％；
螯合剂，质量浓度为0.5％；
消泡剂，质量浓度为2％；
润湿分散剂，质量浓度为1％；
余量为去离子水。
本实施例中，无机碱为KOH。
表面活性剂为脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠。
螯合剂为亚甲基双萘磺酸钠。
消泡剂为高碳醇脂肪酸酯复合物。
润湿分散剂为聚丙烯酸钠。
上述制绒添加剂制备时，将各组分直接混合即可得到。
作为本实施例的变换，无机碱的质量浓度也可以在1％-2.5％范围内取值；无机碱也可以为NaOH、KOH中的任意一种或者是两种的任意组合。
表面活性剂的质量浓度也可以在1％-20％范围内取值；表面活性剂也可以为脂肪醇酰硫酸钠，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠，仲烷基磺酸钠，醇醚羧酸钠，单烷基醚磷酸酯钾盐、聚环氧琥珀酸钠、羟基乙二叉二磷酸四钠、葡萄糖酸钠、、苯甲酸钠、全氟辛基磺酸钠、酮基磺酸盐、木质素磺酸钠、环糊精、全氟辛基磺酸钾、葡萄糖、果糖、木糖醇、月桂醇聚氧乙烯醚中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
螯合剂的质量浓度也可以在0.5％-2.5％范围内取值；螯合剂也可以为醋酸钙、亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸盐、甲酸钠、乙酸钠、乙二胺四乙酸、羧甲基淀粉钠、海藻酸钠、酒石酸钠中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
消泡剂的质量浓度也可以在0.5％-2.5％范围内取值；消泡剂也可以为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
润湿分散剂的质量浓度液可以在1％-15％范围内取值；为亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、N甲基吡咯烷酮、脂肪酸甲酯磺酸盐、聚乙二醇中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
采用本实施例制绒添加剂进行单晶硅片的制绒过程和实施例一相同。
实施例三
一种单晶硅片的制绒添加剂，该制绒添加剂由以下组分及重量百分比组成：
无机碱，质量浓度为2％；
表面活性剂，质量浓度为1.3％；
螯合剂，质量浓度为1.2％；
消泡剂，质量浓度为1％；
润湿分散剂，质量浓度为3％；
余量为去离子水。
本实施例中，无机碱为NaOH。
表面活性剂为仲烷基磺酸钠。
螯合剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
润湿分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
上述制绒添加剂制备时，将各组分直接混合即可得到。
作为本实施例的变换，无机碱的质量浓度也可以在1％-2.5％范围内取值；无机碱也可以为NaOH、KOH中的任意一种或者是两种的任意组合。
表面活性剂的质量浓度也可以在1％-20％范围内取值；表面活性剂也可以为脂肪醇酰硫酸钠，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠，仲烷基磺酸钠，醇醚羧酸钠，单烷基醚磷酸酯钾盐、聚环氧琥珀酸钠、羟基乙二叉二磷酸四钠、葡萄糖酸钠、、苯甲酸钠、全氟辛基磺酸钠、酮基磺酸盐、木质素磺酸钠、环糊精、全氟辛基磺酸钾、葡萄糖、果糖、木糖醇、月桂醇聚氧乙烯醚中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
螯合剂的质量浓度也可以在0.5％-2.5％范围内取值；螯合剂也可以为醋酸钙、亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸盐、甲酸钠、乙酸钠、乙二胺四乙酸、羧甲基淀粉钠、海藻酸钠、酒石酸钠中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
消泡剂的质量浓度也可以在0.5％-2.5％范围内取值；消泡剂也可以为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
润湿分散剂的质量浓度液可以在1％-15％范围内取值；为亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、N甲基吡咯烷酮、脂肪酸甲酯磺酸盐、聚乙二醇中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
采用本实施例制绒添加剂进行单晶硅片的制绒过程和实施例一相同。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于，该制绒添加剂由以下组分及重量百分比组成：
无机碱，质量浓度为1％-2.5％；
表面活性剂，质量浓度为1％-20％；
螯合剂，质量浓度为0.5％-2.5％；
消泡剂，质量浓度为0.5％-2.5％；
润湿分散剂，质量浓度为1％-15％；
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于：所述无机碱为NaOH、KOH中的任意一种或者是两种的任意组合。
3.根据权利要求1所述的单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于：所述表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸钠，仲烷基磺酸钠，醇醚羧酸钠，单烷基醚磷酸酯钾盐、聚环氧琥珀酸钠、羟基乙二叉二磷酸四钠、葡萄糖酸钠、海藻酸钠、酒石酸钠、苯甲酸钠、全氟辛基磺酸钠、酮基磺酸盐、木质素磺酸钠、环糊精、全氟辛基磺酸钾、葡萄糖、果糖、木糖醇、月桂醇聚氧乙烯醚中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
4.根据权利要求1所述的单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于：所述螯合剂为醋酸钙、亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸盐、甲酸钠、乙酸钠、乙二胺四乙酸四钠、羧甲基淀粉钠、海藻酸钠、酒石酸钠中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
5.根据权利要求1所述的单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于：消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
6.根据权利要求1所述的单晶硅片的制绒添加剂，其特征在于：所述润湿分散剂为亚甲基双萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、N甲基吡咯烷酮、脂肪酸甲酯磺酸盐、聚乙二醇中的任意一种，或者任意两种或两种以上的任意组合。
7.如权利要求1至6任一项所述的单晶硅片的制绒添加剂的应用，应用在单晶硅片的制绒液中，所述制绒添加剂占整个制绒液的质量百分比为1％-2.5％。
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