CN111808533A - 一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，包括甲基丙烯酰胺基明胶10~20份、乙醇钠10~15份、氢氧化六甲双铵2~5份、三（丙烯酸）硼酸酯1~3份、抛光促进剂1~3份、粘度调节剂0.5~3份、表面活性剂0.5~1份、光引发剂0.1~0.5份以及水100份。其使用方法如下：将混合得到的抛光凝胶均匀涂抹于晶体硅表面，经紫外光固化得到交联水凝胶膜，升温静置一定时间，移除交联水凝胶膜即可得到抛光后的晶体硅。本发明克服了现有技术中的抛光液在抛光过程中的液体流动会对硅片的抛光造成不良影响，导致抛光均匀性不一，工艺不稳定的缺陷，经过抛光凝胶抛光之后的晶体硅片具有更高的抛光均匀性稳定，同时其表面反射率明显提升而表面缺陷则明显减少。

Description

一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶及其使用方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶 及其使用方法。
背景技术
硅片在加工过程中，会经过多次的线切割以及研磨工艺，在这些加工过程中会在表面 形成损伤层，从而使得表面形成具有一定的粗糙度。由于粗糙表面的影响，硅片背面与钝化 膜及金属之间会产生接触不良的现象，Topcon电池(其中的一种技术路线)生产的第一步即 对原硅片表面进行抛光处理，使硅片背表面更加光滑甚至达到镜面效果，背抛光后硅片的背 面平整，一方面可以加强对透射光的反射，减小透光率；另一方面可以有效提高背钝化镀膜 的均匀性，提高钝化效果，从而有效提升成品电池的电性能及EL良率等。目前，Topcon太 阳能电池中的硅片大多是经过背面抛光的N型单晶硅片。
现有的生产实践中，晶体硅的抛光主要包括化学酸腐蚀抛光和化学碱腐蚀抛光两种手 段，其中使用酸腐蚀抛光的技术抛光效果差，平整度低，且抛光后会产生大量酸性污染物， 这些污染物的处理成本较高，会对环境和人体的健康造成影响。而化学碱腐蚀则是通过使用 含有浓碱的抛光液对晶体硅表面进行腐蚀，但是这种方式也存在抛光效果不佳的问题，尤其 是由于抛光液中的液体流动会对硅片的抛光造成一定的影响，导致硅片不同位置抛光程度不 均一，导致工艺不稳定，容易在硅片表面出现凹坑、波纹、色斑、橘皮涡旋、雾或者电阻率 条纹等缺陷，从而导致Topcon电池少子寿命低，EL良率低等问题。
发明内容
本发明是为了克服现有Topcon电池技术中的抛光液在抛光过程中的液体流动会对硅 片的抛光造成不良影响，导致抛光均匀性不一，工艺不稳定的缺陷，因而提供了一种能够保 证在抛光过程中对硅片均匀稳定刻蚀抛光的一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶及其使用 方法。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶10～20 份、乙醇钠10～15份、氢氧化六甲双铵2～5份、三(丙烯酸)硼酸酯1～3份、抛光促进剂1～3 份、粘度调节剂0.5～3份、表面活性剂0.5～1份、光引发剂0.1～0.5份以及水100份。
本发明中的Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶其包括形成凝胶体的甲基丙烯酰胺基明 胶、三(丙烯酸)硼酸酯以及光引发剂，其中甲基丙烯酰胺基明胶能够在光引发剂的引发作 用下发生凝胶化从而形成固体凝胶，但是这种单一由甲基丙烯酰胺基明胶形成的凝胶的机械 强度较差，为了使得其具有有一定的机械强度本发明在配方中引入了分子结构中含有三个丙 烯酸基团的三(丙烯酸)硼酸酯作为交联剂，三(丙烯酸)硼酸酯中的丙烯酸基团能够同样 在光引发的条件下与甲基丙烯酰胺基明胶聚合，从而提高了形成的明胶的交联密度，使得凝 胶形成具有较高的机械力学性能。此外三(丙烯酸)硼酸酯中的含硼基能够与水中的氢产生 氢键，从而进一步提升了力学性能。
此外，由于本发明中采用了凝胶形式，因此如果采用传统的无机碱抛光剂其与硅片之 间的反应速率会有一定的下降，但是本发明中的抛光剂采用了乙醇钠与氢氧化六甲双铵的组 合，其两者的碱性相较于传统的无机碱(例如氢氧化钠与氢氧化钾)而言更强，因此更强的 碱性能够提升抛光剂与硅片之间的反应速率，从而能够对抛光效率进行了较大的补偿。同时 由于采用了凝胶形式的抛光组合物，因此在抛光过程中不会像液体抛光剂那样流动，造成抛 光均匀性不一的缺陷。
本发明中的Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶在涂抹在硅片表面时并未发生凝固，因此 整个体系粘度较低，当粘度过低时，配方组合物会从硅片表面滴落，无法保证涂抹的厚度以 及涂抹的均匀性。因此本发明中还添加了粘度调节剂，其能够有效调节抛光凝胶的粘度，防 止在未固化前凝胶组合物从硅片表面滑落以及减薄失效。
作为优选，所述抛光促进剂为氟化钠、氟化钾或者氟化铵中的一种。
本发明中的抛光促进剂为含氟盐，其对硅片具有一定的腐蚀作用，因而能够促进抛光 剂对硅片的横向腐蚀作用，保证了抛光的平整性。
作为优选，所述粘度调节剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙二醇或者卡波姆中的 一种。
作为优选，所述表面活性剂为硬脂酰谷氨酸钠、硬脂酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二 钠或者月桂基磺化琥珀酸单酯二钠中的一种。
作为优选，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、双(2,4,6-三甲基苯甲酰 基)-苯基氧化膦或者1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]中的一种。
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，包括以下步骤：
(1)混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅 拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
(2)涂膜：将得到的抛光凝胶在低温下存储之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
(3)静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经紫外光固化得到交联水凝胶 膜，升温静置一定时间，移除交联水凝胶膜得到抛光后的晶体硅。
本发明中的Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法较为简单，仅仅只需要将凝胶 涂抹在经过前抛光处理的晶体硅表面后，经紫外光固化形成交联水凝胶膜，然后升温静置即 可对硅片进行抛光。
其中步骤(2)中抛光凝胶在涂抹使用前需要在低温下储存，能够提高其粘度，从而能够在硅片表面形成具有一定厚度的凝胶层，从而能够保证抛光效率。而步骤(3)中的升温步骤能够提升抛光剂对硅片的抛光速度，提高了抛光效率。
作为优选，步骤(2)中存储温度为0～10℃，储存时间10～30min。
作为优选，步骤(2)中抛光凝胶的涂膜厚度为5～15mm。
作为优选，步骤(3)中紫外光波段为365nm～405nm，光照时间为10～60s。
作为优选，步骤(3)中抛光温度为55～75℃，抛光时间为600～1200s，抛光结束后使 用去离子水冲洗晶体硅表面。
因此，本发明具有以下有益效果：
(1)抛光均匀性稳定，抛光后的表面缺陷少；
(2)抛光效率高，抛光平整度好；
(3)抛光方法简单。
附图说明
图1为实施例1中抛光得到的硅片的显微镜照片。
图2为对比例2中抛光得到的硅片的显微镜照片。
图3为对比例3中抛光得到的硅片的显微镜照片。
图4为对比例5中抛光得到的硅片的显微镜照片。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在 基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常 仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域 普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明 保护的范围。
实施例1
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶15份、 乙醇钠15份、氢氧化六甲双铵3份、三(丙烯酸)硼酸酯2份、抛光促进剂(氟化钠)2份、粘度调节剂(羧甲基纤维素钠)2份、表面活性剂(硬脂酰谷氨酸钠)0.6份、光引发剂(苯 基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂)0.3份以及水100份。
如上所述Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，包括以下步骤：
(1)混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅 拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
(2)涂膜：将得到的抛光凝胶在5℃下存储15min之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
(3)静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经365nmnm紫外光固化30s得到厚度为12mm交联水凝胶膜，升温至65℃后静置900s，移除交联水凝胶膜后使用去离子水冲洗晶体硅表面得到抛光后的晶体硅。
图1为本实施例1中抛光后的晶体硅的显微镜照片，如图所示，经过本发明中的抛光 凝胶的抛光后，硅片表面形成了均匀平滑的方块结构，单一方块结构的尺寸大致一致约在15 μm左右。
本市实施例中的抛光硅片还经过了反射光谱测试，在300-1100nm的波长范围内的积 分反射率大于45％，因而具有较高的反射率。
实施例2
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶10份、 乙醇钠10份、氢氧化六甲双铵2份、三(丙烯酸)硼酸酯1份、抛光促进剂(氟化钾)1份、粘度调节剂(海藻酸钠)0.5份、表面活性剂(硬脂酸钠)1份、光引发剂(双(2,4,6-三甲基 苯甲酰基)-苯基氧化膦)0.1份以及水100份。
如上所述Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，包括以下步骤：
(1)混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅 拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
(2)涂膜：将得到的抛光凝胶在0℃下存储10min之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
(3)静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经405nm紫外光固化60s得到厚度为5mm交联水凝胶膜，升温至55℃后静置1200s，移除交联水凝胶膜后使用去离子水冲洗晶体硅表面得到抛光后的晶体硅。
实施例3
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶20份、 乙醇钠15份、氢氧化六甲双铵5份、三(丙烯酸)硼酸酯3份、抛光促进剂(氟化铵)3份、粘度调节剂(聚乙二醇)3份、表面活性剂(月桂基磺化琥珀酸单酯二钠)1份、光引发剂(1,1'-(亚 甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮])0.5份以及水100份。
如上所述Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，包括以下步骤：
(1)混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅 拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
(2)涂膜：将得到的抛光凝胶在10℃下存储30min之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
(3)静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经365nmnm紫外光固化60s得到厚度为15mm交联水凝胶膜，升温至75℃后静置600s，移除交联水凝胶膜后使用去离子水冲洗晶体硅表面得到抛光后的晶体硅。
实施例4
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶12份、 乙醇钠12份、氢氧化六甲双铵3份、三(丙烯酸)硼酸酯1.5份、抛光促进剂(氟化铵)1.5 份、粘度调节剂(卡波姆)1份、表面活性剂(月桂基磺化琥珀酸单酯二钠)0.6份、光引发剂(苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂)0.2份以及水100份。
如上所述Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，包括以下步骤：
(1)混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅 拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
(2)涂膜：将得到的抛光凝胶在2℃下存储13min之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
(3)静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经365nmnm紫外光固化25s得到厚度为8mm交联水凝胶膜，升温至60℃后静置800s，移除交联水凝胶膜后使用去离子水冲洗晶体硅表面得到抛光后的晶体硅。
实施例5
一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶18份、 乙醇钠14份、氢氧化六甲双铵4份、三(丙烯酸)硼酸酯2.5份、抛光促进剂(氟化铵)3份、粘度调节剂(羧甲基纤维素钠)2.5份、表面活性剂(月桂基磺化琥珀酸单酯二钠)0.8份、光引发剂(苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂)0.4份以及水100份。
如上所述Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，包括以下步骤：
(1)混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅 拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
(2)涂膜：将得到的抛光凝胶在5℃下存储25min之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
(3)静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经405nm紫外光固化50s得到厚度为9mm交联水凝胶膜，升温至70℃后静置650s，移除交联水凝胶膜后使用去离子水冲洗晶体硅表面得到抛光后的晶体硅。
对比例1
对比例1与实施例1的其余条件相同，区别在于：对比例1中使用同等质量的氢氧化钠替代 了实施例1中的乙醇钠以及氢氧化六甲双铵。
由于氢氧化钠的碱性相较于乙醇钠以及氢氧化六甲双铵较弱，因此其整体的抛光时间 较长，达到相同效果时，需要将近30分钟。
对比例2
对比例2与实施例1的其余条件相同，区别在于：对比例2中未添加三(丙烯酸)硼酸酯。
经过比较我们发现，在不添加三(丙烯酸)硼酸酯的条件下，固化形成的交联水凝胶 膜的力学性能较差，其具体表现为交联水凝胶膜在抛光结束后无法一次性从硅片表面撕下， 在撕下之后硅片表面仍然会残存一定的水凝胶膜，还需要对其做进一步的处理，若不处理残 留的抛光凝胶还会对硅片进一步腐蚀，导致其表面会存在较多的凹陷小坑，其电镜照片如图 2所示。而实施例1中的交联水凝胶膜则能够一次性从硅片表面撕下，且没有残留，在撕下 之后仅仅需要用简单的清水清洗即可，得到的硅片表面也未见明显缺陷。
对比例3
对比例3与实施例1的其余条件相同，区别在于：对比例3中未添加抛光促进剂。
未添加抛光促进剂的对比例3的电镜照片如图3所示，其在晶体硅表面面形成了大面 积、大量不规则的缺陷，这些缺陷引起了光散射，从而形成了照片中雾状缺陷。
对比例4
对比例4与实施例1的其余条件相同，区别在于：对比例4中未添加抛光促进剂粘度调节剂。
经过测定，实施例1中的抛光凝胶在未固化之前25℃时的粘度为2500泊左右，具有较高的平铺性，同时在平铺之后不会随意流动，从而形成具有一定厚度(对比例1中为12mm)的凝胶层。
而对比例4中由于未添加粘度调节剂，其在25℃时的粘度为1600泊左右，其在平铺直后会随着时间的流逝而流动，导致相同凝胶层的厚度降低(相同凝胶使用量厚度仅为6mm)，有可能会导致抛光效果的减弱。
对比例5
对比例5采用液态的抛光液形式对硅片进行抛光，抛光液的配方如下：乙醇钠15份、氢氧化 六甲双铵3份、抛光促进剂(氟化钠)2份、表面活性剂(硬脂酰谷氨酸钠)0.6份以及水100 份。
对比例5中的有效成分与实施例1中的有效成分以及含量均相同，不同点在于对比例 5中为液态，而实施例1中为凝胶态。
其两者的工艺参数比较如下表所示：
项目 实施例1 对比例5
抛光温度 65℃ 65℃
抛光时间 900s 240s
表面结构尺寸 ～15μm ～7μm
表面反射率 ～45％ ～32％
有无缺陷 无明显缺陷 表面存在大量直径2～5μm的凹坑
通过上表中的数据以及同时结合从图4(对比例5的显微镜照片)可知，采用相同抛光剂的抛光凝胶与抛光液相比，采用本发明中的抛光凝胶除了在抛光时间上具有一定的延长 之外，，从图中可以看出，即使采用了相同的配方，使用液态抛光液会在硅片表面带来大量缺 陷。因此，采用本发明中抛光凝胶抛光的硅片的表面反射率以及表面缺陷相较于采用抛光液 的硅片而言其效果更加优异。
综上所述，本发明中采用了抛光凝胶的形式替代了传统抛光过程中的抛光液，经过抛 光凝胶抛光之后的晶体硅片具有更高的表面反射率以及更少的表面缺陷，能够为提高太阳能 电池的光电转换效率及降低EL缺陷提供坚实基础。

Claims (10)

1.一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，其特征在于，按照分量份数计算，包括甲基丙烯酰胺基明胶10~20份、乙醇钠10~15份、氢氧化六甲双铵2~5份、三（丙烯酸）硼酸酯1~3份、抛光促进剂1~3份、粘度调节剂0.5~3份、表面活性剂0.5~1份、光引发剂0.1~0.5份以及水100份。
2.根据权利要求1所述的一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，其特征在于，所述抛光促进剂为氟化钠、氟化钾或者氟化铵中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，其特征在于，所述粘度调节剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙二醇或者卡波姆中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，其特征在于，所述表面活性剂为硬脂酰谷氨酸钠、硬脂酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠或者月桂基磺化琥珀酸单酯二钠中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶，其特征在于，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦或者1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]中的一种。
6.一种如权利要求1~5所述Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）混料：将乙醇钠与氢氧化六甲双铵溶于水中得到碱液，然后向碱液中加入剩余组分，搅拌均匀后脱泡得到抛光凝胶；
（2）涂膜：将得到的抛光凝胶在低温下存储之后，均匀涂抹于晶体硅表面；
（3）静置抛光：对晶体硅表面的抛光凝胶经脱泡流平处理后，经紫外光固化得到交联水凝胶膜，升温静置一定时间，移除交联水凝胶膜得到抛光后的晶体硅。
7.根据权利要求6所述一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，其特征在于，步骤（2）中存储温度为0~10℃，储存时间10~30min。
8.根据权利要求6或7所述一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，其特征在于，步骤（2）中抛光凝胶的涂膜厚度为5~15mm。
9.根据权利要求6所述一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，其特征在于，步骤（3）中紫外光波段为365nm~405nm，光照时间为10~60s。
10.根据权利要求6或7所述一种Topcon电池专用晶体硅抛光凝胶的使用方法，其特征在于，步骤（3）中抛光温度为55~75℃，抛光时间为600~1200s，抛光结束后使用去离子水冲洗晶体硅表面。
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