CN112745990A - 一种无磷双组份清洗剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无磷双组份清洗剂及其制备方法和应用，包括A组分和B组分；其中，以所述A组分总质量为100％计，所述A组分包括如下成分：氢氧化钾1‑3％；表面活性剂2‑5％；助溶剂2‑5％；有机碱1‑3％；葡萄糖酸钠0.5‑1％；氨基多羧酸类螯合剂0.5‑1％；余量为水；以所述B组分总质量为100％计，所述B组分包括如下成分：氢氧化钾3‑20％；助溶剂1‑3％；余量为水。本发明提供的双组份清洗剂具有与市售清洗剂相当的清洗能力，并且对金属杂质的去除效果较佳。
Description
技术领域
本发明属于清洗剂领域，涉及一种无磷双组份清洗剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种无磷双组份硅片清洗剂及其制备方法和应用。
背景技术
金刚线切割晶体硅是近年发展起来的新型硅片加工工艺。相比砂线切割具有显著的成本优势，主要表现在切割产能高、环境污染小、锯缝硅料损失少等方面，目前已发展成为主流的切片工艺。
电池硅片在使用前外观应呈银灰色，不允许存在夹层、发黑、氧化、指纹等痕迹或杂质，因此，在高效单晶硅太阳能电池硅片制备工艺中，要想获得高的光电转化效率，必须要有表面清洁的硅晶片，表面金属污染必须降低到有害值以下。
现阶段电池硅片加工都采用多线切割机，多线切割机采用钢丝带动碳化硅磨料进行切割电池硅片，而金刚线是通过电镀工艺使用金属镍，将金刚石固结在母线钢丝上制备得到，切割过程中镀层会有一定程度的磨损和剥落，镀层中的金属镍，母线钢丝上的铜、铁等金属离子会残留在硅片上，会造成电池硅片表面的有机物沾污、粒沾污以及金属离子沾污，这些杂质的污染特别是金属离子污染物如Cu、Fe、Na等，很容易从电池硅片表面扩散到内部形成深能级复合中心，从而影响非平衡少子寿命进而降低光电转化效率；所以电池硅片在生产前一定要先清洗，以去除杂质。
晶体硅切割领域通用的清洗剂一般是由碱、阴离子表面活性剂和去离子水复配得到，可有效去除硅片表面的残留的硅粉、切割液等脏污，但对上述镍、铁、铜等金属杂质去除效果有限。CN101020866A公开了一种太阳能硅晶片清洗剂，其组分按质量百分比，10-30％的氮川三乙酸钠络合剂，5-10％的C10-C13羰基异构醇乙氧基化合物表面活性剂，3-5％的脂肪醇烷氧基化合物表面活性剂，0.05-2％的过氧化氢氧化物，5-10％的乙二醇丁醚类有机溶剂，1-5％的氢氧化钾，余量为去离子水或自来水；该专利提供的清洗剂不含有毒、有害及污染环境物质，但是对于金属杂质的去除效果不够好。CN107686779A公开了一种半导体磨片清洗剂及其制备方法，包括表面活性剂1-15％、有机碱3-5％、络合剂2-10％、助溶剂3-10％和水60-80％，该专利提供的清洗剂对硅片的清洗效果操作简单，成本低，但是依旧存在去除金属杂质效果不好的缺陷。
同时，由于清洗剂中一般会添加有机磷化合物，而有机磷化合物具有高污染性，造成了环境污染、地面水体恶化，威胁着人类健康，因此，开发一种可有效去除硅片表面金属杂质的无磷清洗剂是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无磷双组份清洗剂及其制备方法和应用。本发明提供的无磷双组份清洗剂在应用于清洗硅片时，具有较好的去除金属杂质的效果，可有效地提升电池的光电转换效率；同时，本发明提供的清洗剂不含有磷，具有安全环保的优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种无磷双组份清洗剂，包括A组分和B组分。
其中，以所述A组分总质量为100％计，所述A组分包括如下成分：
以所述B组分总质量为100％计，所述B组分包括如下成分：
氢氧化钾 3-20％；
助溶剂 1-3％；
余量为水。
本发明提供的无磷双组份清洗剂中包括葡萄糖酸钠和氨基多羧酸类螯合剂，在用于清洗硅片时，二者相互配合，可有效地去除金属杂质，提高电池的光电转换效率。
在本发明中，氢氧化钾和有机碱是主要起到对硅片清洗作用的成分；表面活性剂的加入可以保护硅片，减少脏污在硅片表面的沉积；而助溶剂的作用是增加其他成分在水中的溶解度。由于氨基多羧酸类螯合剂不耐碱，因此，本发明设计为双组份清洗剂。
本发明的清洗剂中不含有磷，可以减少对环境的污染，人体的危害，具有安全环保的优点。
在A组分中，所述氢氧化钾的含量为1-3％，例如1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％等。
在A组分中，所述表面活性剂的含量为2-5％，例如2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％等。
在A组分中，所述助溶剂的含量为2-5％，例如2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％等。
在A组分中，所述有机碱的含量为1-3％，例如1.5％、2％、2.5％等。
在A组分中，所述葡萄糖酸钠的含量为0.5-1％，例如0.6％、0.7％、0.8％、0.9％等。
在A组分中，所述氨基多羧酸类螯合剂的含量为0.5-1％，例如0.6％、0.7％、0.8％、0.9％等。
在B组分中，所述氢氧化钾的含量为3-20％，例如4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％等。
在B组分中，所述助溶剂的含量为1-3％，例如1.5％、2％、2.5％等。
在本发明中，以所述A组分总质量为100％计，所述A组分还包括五水偏硅酸钠0.2-0.5％，例如0.25％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％等。
在本发明中，将五水偏硅酸钠和葡萄糖酸钠一起使用，二者相互搭配，因为五水偏硅酸钠可以提供优良的缓释碱度，对葡萄糖酸钠起到缓释的作用，因而可以增加葡萄糖酸钠对金属离子络合效果的持久度，使金属杂质去除的更彻底，清洗剂耐用性更强。
在本发明中，以所述B组分总质量为100％计，所述B组分还包括柠檬酸钠和/或醋酸钠0.2-0.5％，例如0.25％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％等。
在本发明中，所述柠檬酸钠和/或醋酸钠0.2-0.5％指的是，若只包括柠檬酸钠时，则柠檬酸钠的含量为0.2-0.5％，若只包括醋酸钠时，则醋酸钠的含量为0.2-0.5％，若包括柠檬酸钠和醋酸钠时，则二者的总含量为0.2-0.5％。
在本发明中，加入柠檬酸钠和/或醋酸钠，与氨基多羧酸类螯合剂共同搭配，可以进一步提升对金属杂质的去除效果。
在本发明中，葡萄糖酸钠、五水偏硅酸钠、柠檬酸钠和/或醋酸钠、氨基多羧酸类螯合剂四者相互配合，五水偏硅酸钠、柠檬酸钠和/或醋酸钠均可以提供优良的缓释碱度，使葡萄糖酸钠和氨基多羧酸类螯合剂的清洗效果和络合效果能效更好，持久力更强；在不影响清洗剂对其他杂质的清洗效果的前提下，可以最大程度的去除金属杂质，提升硅片光电转换效率。
优选地，所述氨基多羧酸类螯合剂选自亚氨基琥珀酸钠盐(亚氨基二琥珀酸四钠)、乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸或氮川三乙酸中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述表面活性剂选自脂肪醇聚醚，为壬基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚。
优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚选自月桂醇聚氧乙烯醚。
优选地，所述助溶剂为乙二醇丁醚。
优选地，所述有机碱选自三乙醇胺。
第二方面，本发明提供了根据第一方面所述的无磷双组份清洗剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的氢氧化钾、表面活性剂、助溶剂、有机碱、葡萄糖酸钠、水和任选的五水偏硅酸钠混合，得到所述A组分；
(2)将配方量的氢氧化钾、助溶剂、氨基多羧酸类螯合剂、水和任选的柠檬酸钠和/或醋酸钠混合，得到所述B组分。
第三方面，本发明提供了根据第一方面所述的无磷双组份清洗剂在硅片清洗中的应用。
在本发明中，所述应用包括如下步骤：将无磷双组份清洗剂中的A、B组分与水混合得到混合液，然后对硅片进行清洗。
由于B组分中部分组分不耐碱，在碱性较强的环境会失效，因此，本发明的清洗剂为双组份清洗剂，在使用时，直接将A、B组分在水中进行稀释，稀释后的溶液碱性较弱，因此可以确保各组分的成分不失活。
由于A、B组分中各成分的含量会在某一范围内变动，因此，在实际操作过程中，本发明并不限定在A、B组分与水混合时的质量比，可根据实际情况进行调整，使之可以进行应用即可。
优选地，所述A、B组分的质量比为1:1；
优选地，在所述混合液中，所述无磷双组份清洗剂的含量为5-8wt％，例如5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％等。
优选地，所述清洗为超声清洗2-4min，例如2.5min、3min、3.5min等。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的无磷双组份清洗剂中包括的葡萄糖酸钠和氨基多羧酸类螯合剂在用于清洗硅片时，均具有与金属离子较好的络合能力，二者相互促进，可有效地去除金属杂质，提高电池的光电转换效率；
(2)本发明的清洗剂中不含有磷，可以减少对环境的污染，人体的危害，具有安全环保的优点；
(3)本发明提供的无磷双组份清洗剂对硅片的清洗效果较好，其中，脏污率较低，在0.14％以下，最低可达0.10％以下；对金属杂质的清洗效果优于现有技术，使电池的光电转换效率增加0.02％以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种无磷双组份清洗剂，由A组分和B组分组成。
其中，以A组分总质量为100％计，A组分由如下成分组成：
以B组分总质量为100％计，B组分由如下成分组成：
制备方法为：将A组分和B组分的各成分分别混合均匀。
实施例2
与实施例1的区别在于，将A组分中的壬基酚聚氧乙烯醚(OP-9)替换为月桂醇聚氧乙烯醚，将亚氨基琥珀酸钠替换为乙二胺四乙酸，将B组分中的柠檬酸钠替换为醋酸钠。
实施例3
与实施例1的区别在于，去掉A组分中的五水偏硅酸钠，五水偏硅酸钠的部分由去离子水补齐。
实施例4
与实施例1的区别在于，去掉B组分中的柠檬酸钠，由去离子水补齐。
实施例5
与实施例1的区别在于，去掉A组分中的五水偏硅酸钠，去掉B组分中的柠檬酸钠，分别由去离子水补齐。
实施例6
一种无磷双组份清洗剂，由A组分和B组分组成。
其中，以A组分总质量为100％计，A组分由如下成分组成：
以B组分总质量为100％计，B组分由如下成分组成：
制备方法为：将A组分和B组分的各成分分别混合均匀。
实施例7
一种无磷双组份清洗剂，由A组分和B组分组成。
其中，以A组分总质量为100％计，A组分由如下成分组成：
以B组分总质量为100％计，B组分由如下成分组成：
制备方法为：将A组分和B组分的各成分分别混合均匀。
对比例1
与实施例5的区别在于，去掉A组分中的葡萄糖酸钠，氨基多羧酸类螯合剂的添加量调整为1.1％。
对比例2
与实施例5的区别在于，去掉A组分中的氨基多羧酸类螯合剂，葡萄糖酸钠的添加量调整为1.1％。
对比例3
与实施例5的区别在于，去掉A组分中的葡萄糖酸钠和氨基多羧酸类螯合剂，由去离子水补齐。
对比例4
与实施例5的区别在于，将A组分中的葡萄糖酸钠替换为酒石酸钠。
对比例5
与实施例5的区别在于，将B组分中的氨基多羧酸类螯合剂替换为聚丙烯酸钠。
对比例6
与实施例5的区别在于，不分为两组分，直接制备单组份清洗剂，方法如下：
以清洗剂总质量为100％计，由如下组分组成：
制备方法为：将配方量的各组分混合均匀得到所述单组份清洗剂。
对比例7-8
与实施例5的区别在于，在本对比例中，调整葡萄糖酸钠和水的用量，使葡萄糖酸钠的添加量为0.3％(对比例5)、1.2％(对比例6)。
对比例9-10
与实施例5的区别在于，在本对比例中，调整氨基多羧酸类螯合剂和水的用量，使氨基多羧酸类螯合剂的添加量为0.3％(对比例7)、1.2％(对比例8)。
对比例11
与实施例6的区别在于，在本对比例中，调整A组分中氢氧化钾和水的用量，使氢氧化钾的添加量为4％。
对比例12
与实施例7的区别在于，在本对比例中，调整A组分中氢氧化钾和水的用量，使氢氧化钾的添加量为0.5％。
对比例13-14
与实施例5的区别在于，在本对比例中，调整三乙醇胺和水的用量，使三乙醇胺的添加量为0.5％(对比例13)、4％(对比例14)。
对比例15
本对比例为市售普通清洗剂(君合JH-2523)。
性能测试
对实施例1-7和对比例1-15提供的清洗剂进行性能测试，方法如下：
(1)脏污率：采用清洗剂按如下方法对硅片进行清洗，目测硅片表面是否干净，是否有可见斑点、沾污及化学品残留，得到脏污率。
将无磷双组份清洗剂的A、B组分按质量比1:1加入超声清洗水槽中，清洗剂的添加量为8％，超声清洗硅片2min。
(2)光电转换效率：清洗后的硅片制作为电池后，利用太阳能电池分选机通过模拟太阳光谱光源，对电池片的相关电参数利用硅基太阳能电池厂产线通用设备进行测试，然后计算光电转换效率。
测试结果见表1：
表1
由实施例和性能测试可知，本发明提供的双组份清洗剂具有与市售清洗剂相当的清洗能力，并且对金属杂质的去除效果较佳，其中，光电转换效率较市售清洗剂得到的硅片提高了0.02％以上；脏污率较低，在0.14％以下，最低可达0.10％以下。
由实施例1和实施例3-5的对比可知，本发明中的五水偏硅酸钠和柠檬酸钠/醋酸钠的加入，可以进一步提升对硅片的清洗效果；由实施例5和对比例1-3的对比可知，在本发明中，葡萄糖酸钠和氨基多羧酸类螯合剂二者缺一不可，缺少其中的一种或两种均达不到本发明的效果；由实施例5和对比例4-5的对比可知，并不是随意选择金属络合剂就可以达到本发明的技术效果；由实施例5和对比例6的对比可知，本发明提供的清洗剂的A、B组分需要分开配制，否则对硅片的金属杂质去除效果会下降；由实施例5和对比例7-10的对比可知，本发明中葡萄糖酸钠和氨基多羧酸类螯合剂的添加量需要在本发明的限定范围内，此时对于脏污的清洗效果较好；由实施例5-7和实施例11-14的对比可知，本发明提供的硅片清洗剂的碱度(氢氧化钾、有机碱)需要在本发明的限定范围内，此时对于脏污的清洗效果较好；由实施例5和对比例15的对比可知，本发明的双组份清洗剂具有与市售清洗剂相当的清洗能力，并且对金属杂质的去除效果较佳。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的无磷双组份清洗剂及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种无磷双组份清洗剂，其特征在于，包括A组分和B组分；
其中，以所述A组分总质量为100％计，所述A组分包括如下成分：
以所述B组分总质量为100％计，所述B组分包括如下成分：
氢氧化钾 3-20％；
助溶剂 1-3％；
余量为水。
2.根据权利要求1所述的无磷双组份清洗剂，其特征在于，以所述A组分总质量为100％计，所述A组分还包括五水偏硅酸钠0.2-0.5％。
3.根据权利要求1或2所述的无磷双组份清洗剂，其特征在于，以所述B组分总质量为100％计，所述B组分还包括柠檬酸钠和/或醋酸钠0.2-0.5％。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的无磷双组份清洗剂，其特征在于，所述氨基多羧酸类螯合剂选自亚氨基琥珀酸钠盐、乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸或氮川三乙酸中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的无磷双组份清洗剂，其特征在于，所述表面活性剂选自脂肪醇聚醚，为壬基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚；
优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚选自月桂醇聚氧乙烯醚。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的无磷双组份清洗剂，其特征在于，所述助溶剂为乙二醇丁醚。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的无磷双组份清洗剂，其特征在于，所述有机碱选自三乙醇胺。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的无磷双组份清洗剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的氢氧化钾、表面活性剂、助溶剂、有机碱、葡萄糖酸钠、氨基多羧酸类螯合剂、水和任选的五水偏硅酸钠混合，得到所述A组分；
(2)将配方量的氢氧化钾、助溶剂、水和任选的柠檬酸钠和/或醋酸钠混合，得到所述B组分。
9.根据权利要求1-7中的任一项所述的无磷双组份清洗剂在硅片清洗中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：将无磷双组份清洗剂中的A、B组分与水混合得到混合液，然后对硅片进行清洗；
优选地，在所述混合液中，所述无磷双组份清洗剂的含量为5-8wt％；
优选地，所述清洗为超声清洗2-4min。
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