CN111663186A - 金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其各组分的质量百分含量为：水溶性高分子物质0.2%～4%，烷基糖苷0.05%～0.15%，聚苯乙烯磺酸钠0.2%～2%，有机酸钠0.5%～2.5%，余量为水。在金刚线切割单晶硅片的碱性制绒液中添加本发明的添加剂，能低碱浓度情况下快速制绒，降低制绒所需的碱耗量。

Description

金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂及其应用

技术领域

本发明涉及金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂及其应用。

背景技术

在光伏行业上游的硅片端，单晶硅的金刚线切割技术几乎完全取代传统的砂浆线切割，成本优势主要表现在高切割速度带来的产能高、硅片洁净度以及硅料利用率高。金刚线切割硅片金属含量为砂浆硅片的30%左右，寿命高20%左右，同时金刚线切割属于两体研磨切割，能够切割更薄的硅片。

金刚线切割的单晶硅片损伤层厚度大约3～5微米，比较砂浆切割损伤层厚度减少50%，但是表面存在200～600nm左右的非晶硅层，这层非晶硅比较晶硅更为致密，从而更为抗腐蚀，会在湿法制绒中减缓化学腐蚀的进程，从而使得制绒时间比传统砂浆切割硅片要长，所耗碱量更高，同时晶硅区与非晶硅区绒面存在差异导致制绒效果变差。因此，针对金刚线切割硅片，不能完全采用砂浆切割硅片的湿法制绒工艺，应该在制绒前引入去除损伤层前道工艺。

且目前对金刚线切割的单晶硅片进行制绒，还存在碱耗量大，制绒时间长的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂及其应用，在单晶硅片的碱性制绒液中添加本发明的添加剂，能低碱浓度情况下快速制绒，降低制绒所需的碱耗量。

为实现上述目的，本发明提供一种金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其各组分的质量百分含量为：水溶性高分子物质0.2%～4%，烷基糖苷0.05%～0.15%，聚苯乙烯磺酸钠0.2%～2%，有机酸钠0.5%～2.5%，余量为水。

优选的，所述水溶性高分子物质选自聚乳酸、瓜尔豆胶、改性淀粉、羧甲基化壳聚糖中的一种或者几种。

优选的，所述有机酸钠选自甲酸钠、乙酸钠、苯甲酸钠、丙酮酸钠、水杨酸钠、硬脂酸钠中的一种或者几种。

优选的，所述水为去离子水。

本发明还提供一种金刚线切割单晶硅片制绒用制绒液，其含有碱溶液和上述添加剂，添加剂与碱溶液的质量比为0.3～0.9:100，碱溶液为无机碱的水溶液。

优选的，所述碱溶液为0.5～1.5wt%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。

本发明还提供一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，利用上述制绒液对金刚线切割单晶硅片进行表面制绒。

优选的，上述金刚线切割单晶硅片的制绒方法，其具体步骤包括：

1）配制添加剂：将质量百分含量为0.2%～4%的水溶性高分子物质、0.05%～0.15%的烷基糖苷、0.2%～2%的聚苯乙烯磺酸钠、0.5%～2.5%的有机酸钠加入到余量的水中，混合均匀配成添加剂；

2）配制制绒液：将步骤1）制成的添加剂加到碱溶液中，混合均匀配成制绒液；添加剂与碱溶液的质量比为0.3～0.9:100；碱溶液为无机碱的水溶液；

3）硅片去损伤层；

4）制绒：将经过步骤3）处理后的单晶硅片浸入步骤2）配制的制绒液中进行表面制绒，制绒温度75～85℃，制绒时间为300～450s。

优选的，步骤3）硅片去损伤层，具体包括：将金刚线切割的单晶硅片浸入1～3wt%氢氧化钠溶液中，于70～75℃浸泡50～150s；取出后再放入由双氧水、氢氧化钠、水按照体积比为1.5～3:0.5～1:100配制的混合溶液中，于60～65℃浸泡150～350s；取出后再用去离子水冲洗3次。

优选的，上述金刚线切割单晶硅片的制绒方法，还包括如下步骤：

5）清洗：将经过步骤4）处理的单晶硅片用去离子水冲洗3～5次，经后清洗、去离子水水洗、氢氟酸/盐酸混酸酸洗，再次去离子水冲洗后吹干。

本发明的优点和有益效果在于：提供一种金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂及其应用，在单晶硅片的碱性制绒液中添加本发明的添加剂，能低碱浓度情况下快速制绒，降低制绒所需的碱耗量。

按照硅与无机碱反应化学方程式摩尔计算，硅腐蚀克重与无机碱耗量的摩尔比为1:2，因此在硅与无机碱反应时，真正参与反应消耗的无机碱量非常少；大量的无机碱溶于水中按照一定电离常数电离并平衡，添加剂的作用机理就是在降量后无机碱浓度下依然能维持OH-与Si的反应速率，同等时间内达到等量腐蚀量。

经过损伤层去除工艺后的硅片表面存在薄薄的二氧化硅层，水溶性高分子物质例如聚乳酸、瓜尔豆胶、 改性淀粉、羧甲基化壳聚糖化学结构中存在大量的羟基或者氨基，非常容易与氧化硅层亲合，作为制绒反应过程中的初始反应形核点，起到桥梁作用；制绒过程中本质反应就是硅与碱氢氧根的反应，高分子物质所起的桥梁作用可让氢氧根与硅的接触更加快速，进而达到低碱浓度下的快速制绒；其余成分均是绒面修饰剂。

本发明金刚线切割单晶硅片的制绒方法，首先在经去除损伤层前道处理后的单晶硅片，外层损伤层去除率10～50%，单晶硅片再行化学湿法制绒后绒面规整度更佳，同时制绒端碱耗量比较现有产线工艺减少30%以上，且在制绒过程中无需补加制绒添加剂，降低企业生产成本，为光伏行业的降本提效注入新产品。同时，本专利的制绒添加剂采用环境友好型原料，无毒性，无腐蚀性，对人体和环境无危害。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，包括如下步骤：

1）硅片去损伤层：将金刚线切割的单晶硅片浸入1～3wt%氢氧化钠溶液中，于70～75℃浸泡50～150s；取出后再放入由双氧水、氢氧化钠、水按照体积比为1.5～3:0.5～1:100配制的混合溶液中，于60～65℃浸泡150～350s；取出后再用去离子水冲洗3次；

2）制绒：将经过步骤1）处理后的单晶硅片浸入制绒液中进行表面制绒，制绒温度75～85℃，制绒时间为300～450s；

制绒液采用碱溶液，且制绒液中配入了添加剂，添加剂与碱溶液的质量比为0.3～0.9:100；

碱溶液为0.5～1.5wt%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液；

添加剂中各组分的质量百分含量为：水溶性高分子物质0.2%～4%，烷基糖苷0.05%～0.15%，聚苯乙烯磺酸钠0.2%～2%，有机酸钠0.5%～2.5%，余量为水；

其中，水溶性高分子物质选自聚乳酸、瓜尔豆胶、改性淀粉、羧甲基化壳聚糖中的一种或者几种；

有机酸钠选自甲酸钠、乙酸钠、苯甲酸钠、丙酮酸钠、水杨酸钠、硬脂酸钠中的一种或者几种；

水优选为去离子水；

3）清洗：将经过步骤2）处理的单晶硅片用去离子水冲洗3～5次，经后清洗、去离子水水洗、氢氟酸/盐酸混酸酸洗，再次去离子水冲洗后吹干。

本发明的具体实施例如下：

实施例1

一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，包括如下步骤：1）硅片去损伤层；2）制绒；3）清洗；

其中，步骤2）制绒的制绒液采用0.75wt%的氢氧化钾水溶液，且制绒液中配入了添加剂；添加剂中各组分的质量百分含量为：羧甲基化壳聚糖0.6%、烷基糖苷0.05%、聚苯乙烯磺酸钠0.5%、甲酸钠0.5%、乙酸钠0.5%以及余量的水；添加剂与氢氧化钾水溶液的质量比为0.5:100；制绒温度为81℃，制绒时间450s。

实施例1所得制绒片的反射率为10.5。

实施例2

一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，包括如下步骤：1）硅片去损伤层；2）制绒；3）清洗；

其中，步骤2）制绒的制绒液采用0.5wt%的氢氧化钠水溶液，且制绒液中配入了添加剂；添加剂中各组分的质量百分含量为：改性淀粉1.2%、烷基糖苷0.1%、聚苯乙烯磺酸钠1.2%、苯甲酸钠0.5%、乙酸钠1.5%以及余量的水；添加剂与氢氧化钠水溶液的质量比为0.6:100；制绒温度为82℃，制绒时间420s。

实施例2所得制绒片的反射率为10.4。

实施例3

一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，包括如下步骤：1）硅片去损伤层；2）制绒；3）清洗；

其中，步骤2）制绒的制绒液采用1.0wt%的氢氧化钾水溶液，且制绒液中配入了添加剂；添加剂中各组分的质量百分含量为：聚乳酸3%、烷基糖苷0.1%、聚苯乙烯磺酸钠1.8%、苯甲酸钠0.5%、丙酮酸钠2%以及余量的水；添加剂与氢氧化钠水溶液的质量比为0.8:100；制绒温度为82℃，制绒时间420s。

实施例3所得制绒片的反射率为10.7。

实施例4

一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，包括如下步骤：1）硅片去损伤层；2）制绒；3）清洗；

其中，步骤2）制绒的制绒液采用1.5wt%的氢氧化钾水溶液，且制绒液中配入了添加剂；添加剂中各组分的质量百分含量为：改性淀粉1.8%、烷基糖苷0.12%、聚苯乙烯磺酸钠1.3%、苯甲酸钠1.5%、乙酸钠2.5%以及余量的水；添加剂与氢氧化钾水溶液的质量比为0.5:100；制绒温度为83℃，制绒时间330s。

实施例4所得制绒片的反射率为10.8。

实施例5

一种金刚线切割单晶硅片的制绒方法，包括如下步骤：1）硅片去损伤层；2）制绒；3）清洗；

其中，步骤2）制绒的制绒液采用1.0wt%的氢氧化钠水溶液，且制绒液中配入了添加剂；添加剂中各组分的质量百分含量为：羧甲基化壳聚糖0.3%、烷基糖苷0.08%、聚苯乙烯磺酸钠1.5%、水杨酸钠0.8%、硬脂酸钠0.9%以及余量的水；添加剂与氢氧化钠水溶液的质量比为0.4:100；制绒温度为83℃，制绒时间330s。

实施例5所得制绒片的反射率为10.9。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其特征在于，其各组分的质量百分含量为：水溶性高分子物质0.2%～4%，烷基糖苷0.05%～0.15%，聚苯乙烯磺酸钠0.2%～2%，有机酸钠0.5%～2.5%，余量为水。

2.根据权利要求1所述的金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其特征在于，所述水溶性高分子物质选自聚乳酸、瓜尔豆胶、改性淀粉、羧甲基化壳聚糖中的一种或者几种。

3.根据权利要求1所述的金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其特征在于，所述有机酸钠选自甲酸钠、乙酸钠、苯甲酸钠、丙酮酸钠、水杨酸钠、硬脂酸钠中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其特征在于，所述水为去离子水。

5.金刚线切割单晶硅片制绒用制绒液，其特征在于，其含有碱溶液和权利要求1至4中任一项所述的添加剂，添加剂与碱溶液的质量比为0.3～0.9:100，碱溶液为无机碱的水溶液。

6.根据权利要求5所述的金刚线切割单晶硅片制绒用添加剂，其特征在于，所述碱溶液为0.5～1.5wt%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。

7.金刚线切割单晶硅片的制绒方法，其特征在于，利用权利要求5或6所述的制绒液对金刚线切割单晶硅片进行表面制绒。

8.根据权利要求7所述的金刚线切割单晶硅片的制绒方法，其特征在于，其具体步骤包括：

1）配制添加剂：将质量百分含量为0.2%～4%的水溶性高分子物质、0.05%～0.15%的烷基糖苷、0.2%～2%的聚苯乙烯磺酸钠、0.5%～2.5%的有机酸钠加入到余量的水中，混合均匀配成添加剂；

2）配制制绒液：将步骤1）制成的添加剂加到碱溶液中，混合均匀配成制绒液；添加剂与碱溶液的质量比为0.3～0.9:100；碱溶液为无机碱的水溶液；

3）硅片去损伤层；

4）制绒：将经过步骤3）处理后的单晶硅片浸入步骤2）配制的制绒液中进行表面制绒，制绒温度75～85℃，制绒时间为300～450s。

9.根据权利要求8所述的金刚线切割单晶硅片的制绒方法，其特征在于，步骤3）硅片去损伤层，具体包括：将金刚线切割的单晶硅片浸入1～3wt%氢氧化钠溶液中，于70～75℃浸泡50～150s；取出后再放入由双氧水、氢氧化钠、水按照体积比为1.5～3:0.5～1:100配制的混合溶液中，于60～65℃浸泡150～350s；取出后再用去离子水冲洗3次。

10.根据权利要求8所述的金刚线切割单晶硅片的制绒方法，其特征在于，还包括如下步骤：

5）清洗：将经过步骤4）处理的单晶硅片用去离子水冲洗3～5次，经后清洗、去离子水水洗、氢氟酸/盐酸混酸酸洗，再次去离子水冲洗后吹干。