CN112813502A - 一种单晶硅刻蚀制绒添加剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于硅片制绒技术，特别涉及一种单晶硅刻蚀制绒添加剂及其应用。选择特定种类、特定分子量的魔芋葡甘露聚糖作为添加剂加入到碱液中制备制绒液，并和表面活性剂、抗坏血酸、氢氧化钠、炔二醇、磺酸钠、絮凝剂加入复配协同，得到单晶硅刻蚀制绒液，并采用该制绒液对单晶硅进行制绒，不仅可达到降低碱液用量，而且避免了硅片表面的规整性受到破坏，能有效减少对光的反射，提高组装得到的太阳能电池片的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池生产制绒工艺技术领域，涉及一种单晶硅制绒添加剂以及制绒液的配制。
背景技术
目前常规硅太阳电池生产的工艺流程为表面预清洗、制绒去除损伤层并形成减反射的绒面结构、化学清洗并干燥；通过液态源扩散的方法在硅片表面各点形成均匀掺杂的PN结；去除扩散过程中形成的周边PN结和表面磷硅玻璃；表面沉积钝化和减反射膜；制作太阳电池的背面电极、背面电场和正面电极；烧结形成欧姆接触，从而完成整个电池片的制作过程。其中制绒去除损伤层并形成减反射的绒面结构这一步骤，目前大都采用化学腐蚀的方法来实现。
制绒是用化学或物理方法去除硅片表面损伤层并形成减反射的绒面结构的过程，目前常规制绒工艺一般采用氢氧化钠或氢氧化钾，并添加适当异丙醇和硅酸钠的混合溶液进行制绒。其缺点是：制绒时间较长，制绒金字塔大而不均匀，对原始硅片表面状态要求高，化学品消耗也比较大，并且溶液寿命短，制绒重复性差，异丙醇等挥发量很大，需要不断调液，操作难度高，从而带来制绒外观不良率很高，电池片转换效率较低等问题。
目前传统的单晶硅刻蚀制绒添加剂使用后得到的绒面尺寸金字塔型的小丘尺寸可控制仅能控制在2～4μm，难以进一步降低尺寸，无法进一步提高金字塔型的小丘的密度。而依靠表面金字塔形的方锥结构能对光进行多次反射，不仅减少了反射损失，而且改变了光在硅片中的前进方向，延长了光程，增加了光生载流子的产量，因此绒面反射率的降低有利于电池光电转换性能的改善，而目前的绒面的表面反射率也仅能达到10～14％，从而不利于太阳电池的光电转换率的进一步提高，而目前的制绒液中碱用量较大，不利于坏境环保。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可以得到更小尺寸、更均匀的“金字塔”状绒面的单晶硅刻蚀制绒添加剂，使用后可以降低绒面的反射率，有利于提高太阳能电池的光电转换率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种单晶硅刻蚀制绒添加剂，该添加为：单晶硅刻蚀制绒添加剂为高分子量有机糖，具体为：分子量10～13万的魔芋葡甘露聚糖。
制绒添加剂在制绒液中的应用：
制绒液按质量百分比计，由以下成分组成：
高分子量有机糖-分子量10～13万的魔芋葡甘露聚糖：0.5～2.0％；
表面活性剂：3～5‰；
抗坏血酸：3～5‰；
氢氧化钠：5～10‰；
炔二醇：2～5‰；
磺酸钠：0.5～2.0％；
絮凝剂(PMA)：0.3～0.5‰；
其余为去离子水。
其中，本发明选取的有机多糖为魔芋葡甘露聚糖作为制绒添加剂，一般而言常见的魔芋葡甘露聚糖分子量可达100万以上，有的甚至更高，直接加入制绒液中无法使用，因此本发明还需要将魔芋葡甘露聚糖进行酶解(参考现有的常规工艺即可，控制甘露聚糖酶的用量、酶解时间)，酶解后通过超滤膜截留分子量10～13万的魔芋葡甘露聚糖，将该分子量的魔芋葡甘露聚糖多糖加入至单晶硅刻蚀制绒添加剂中，和氢氧化钠等物质复配协同后可以得到更小的绒面，得到的绒面金字塔尺寸可控制在1um以下，从而有利于得到更低的反射率，反射率可以达到10％以下，显著高于传统的制绒效果，因此有利于太阳能电池转换效率的提高。
进一步，所述的表面活性剂为氟碳表面活性剂，如全氟辛基聚氧乙烯醚、全氟辛烷磺酸盐、全氟烷基聚氧乙烯醚或全氟烷基羧酸聚乙二醇酯等中的一种或多种。作为优选，当选用全氟辛烷磺酸盐时，相比于其它氟碳表面活性剂效果更佳。
进一步，加入絮凝剂，可以使制绒添加剂具有良好的去污、絮凝能力，极易将制绒槽药液内的脏污，形成脏污絮凝清洗去除，有利于制绒效果的改善。
制绒工艺将切割后的单晶硅片放入水中超声清洗后，将清洗后的单晶硅片浸入制绒液中，在制绒槽内制绒，制绒温度为75～85℃，制绒时间为3～15min；将制绒后的单晶硅片再用去离子水中超声清洗，将产品置于干燥箱中干燥获得制绒的单晶硅片。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)对太阳能电池用单晶硅片进行表面制绒时，将本发明的添加剂(分子量10～13万的魔芋葡甘露聚糖)加入到碱性制绒液中，能取得优异的制绒效果。制绒后绒面金字塔的尺寸较小，分布较窄，能有效减少对光的反射，因而能提高组装得到的太阳能电池片的光电转换效率。
(2)采用特定分子量范围、特定种类的有机糖来辅助碱液对硅片表面进行制绒，不仅能在碱液非常低浓度的情况下促进了腐蚀的进行，提高了制绒效率；并且由于碱浓度较低，确保了腐蚀反应的平稳程度，避免了硅片表面的规整性受到破坏，延长了制绒后硅片的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
制绒液的配制：按质量百分比计，由以下成分组成：
魔芋葡甘露聚糖(分子量10万左右)：1.0％；
全氟辛烷磺酸盐表面活性剂：5‰；
抗坏血酸：5‰；
氢氧化钠：7‰；
炔二醇：3‰；
磺酸钠：1.0％；
絮凝剂(PMA)：0.5‰；
其余为去离子水。
将上述成分在室温下混合均匀后得制绒液。
将切割后的单晶硅片采用水和乙醇分别预清洗后，将其浸入制绒液中，制绒温度为75℃，制绒时间为5min；将制绒后的单晶硅片用去离子水中超声清洗，将产品置于干燥箱中干燥获得制绒的单晶硅片。
实施例2
制绒液的配制：按质量百分比计，由以下成分组成：
魔芋葡甘露聚糖(分子量10万左右)：1.5％；
全氟辛烷磺酸盐表面活性剂：4‰；
抗坏血酸：4‰；
氢氧化钠：7‰；
炔二醇：5‰；
磺酸钠：2.0％；
絮凝剂(PMA)：0.3‰；
其余为去离子水。
将上述成分在室温下混合均匀后得制绒液。
将切割后的单晶硅片采用水和乙醇预清洗后，将其浸入制绒液中，制绒温度为75℃，制绒时间为10min；将制绒后的单晶硅片再用去离子水中超声清洗，将产品置于干燥箱中干燥获得制绒的单晶硅片。
实施例3
制绒液的配制：按质量百分比计，由以下成分组成：
魔芋葡甘露聚糖(分子量10万左右)：1.2％；
全氟辛烷磺酸盐表面活性剂：3.5‰；
抗坏血酸：3.5‰；
氢氧化钠：8‰；
炔二醇：4‰；
磺酸钠：1.0％；
絮凝剂(PMA)：0.4‰；
其余为去离子水。
将上述成分在室温下混合均匀后得制绒液。
将切割后的单晶硅片采用水和乙醇预清洗后，将其浸入制绒液中，制绒温度为85℃，制绒时间为5min；将制绒后的单晶硅片再用去离子水中超声清洗，将产品置于干燥箱中干燥获得制绒的单晶硅片。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在于：超滤膜筛选酶解后的魔芋葡甘露聚糖分子量为1～3万，其它操作与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别在于：未对魔芋葡甘露聚糖进行酶解，其它操作与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别在于：将魔芋葡甘露聚糖替换为银耳多糖，其它操作与实施例1相同。
对比例4
对比例4与实施例1相比，区别在于：将炔二醇等质量替换为全氟辛烷磺酸盐表面活性剂，其它操作与实施例1相同。
对比例5
对比例5与实施例1相比，区别在于：氢氧化钠用量为1.5％，其它操作与实施例1相同。
制绒液的配制：按质量百分比计，由以下成分组成：
魔芋葡甘露聚糖(分子量10万左右)：1.0％；
全氟辛烷磺酸盐表面活性剂：5‰；
抗坏血酸：5‰；
氢氧化钠：1.5％；
炔二醇：3‰；
磺酸钠：1.0％；
絮凝剂(PMA)：0.5‰；
其余为去离子水。
将上述成分在室温下混合均匀后得制绒液。
将切割后的单晶硅片采用水和乙醇分别预清洗后，将其浸入制绒液中，制绒温度为75℃，制绒时间为5min；将制绒后的单晶硅片用去离子水中超声清洗，将产品置于干燥箱中干燥获得制绒的单晶硅片。
对比例6
对比例6与实施例1相比，区别在于：将磺酸钠等质量替换为甲酸钠，其它操作与实施例1相同。
经过上述实施例1-3制绒液处理后的硅片表面均形成金字塔结构，且大小均匀、形貌规整，且尺寸小，平均尺寸在0.8～1μm(角锥体边长；而经过对比例1-6的制绒液处理后的硅片表面的金字塔形貌大小不均匀，且有的腐蚀明显，尺寸过大，而有的硅片表面制绒效果很差，难以获得均匀规整的金字塔结构。对制绒后的单晶硅片表面通过光反射检测仪在850nm处测试其光反射效果.其光反射率的具体检测结果请见表1：
表1
| 实施例 | 光反射率(％) |
| 实施例1 | 8.8 |
| 实施例2 | 9.2 |
| 实施例3 | 9.7 |
| 对比例1 | 35.8 |
| 对比例2 | 83.2 |
| 对比例3 | 52.4 |
| 对比例4 | 12.7 |
| 对比例5 | 32.1 |
| 对比例6 | 15.3 |
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种单晶硅刻蚀制绒添加剂，其特征在于：所述的单晶硅制绒添加剂为分子量10～13万的魔芋葡甘露聚糖。
2.根据权利要求1所述单晶硅刻蚀制绒添加剂的应用，其特征在于，将单晶硅刻蚀制绒添加剂用于配制制绒液，所述制绒液按质量百分比计，由以下成分组成：
分子量10～13万的魔芋葡甘露聚糖：0.5～2.0％；
表面活性剂：3～5‰；
抗坏血酸：3～5‰；
氢氧化钠：5～10‰；
炔二醇：2～5‰；
磺酸钠：0.5～2.0％；
絮凝剂：0.3～0.5‰；
其余为去离子水；
将上述成分混合后搅拌均匀，得到制绒液。
3.根据权利要求2所述单晶硅刻蚀制绒添加剂的应用，其特征在于，所述表面活性剂为氟碳表面活性剂。
4.根据权利要求3所述单晶硅刻蚀制绒添加剂的应用，其特征在于，所述氟碳表面活性剂为全氟辛基聚氧乙烯醚、全氟辛烷磺酸盐、全氟烷基聚氧乙烯醚和全氟烷基羧酸聚乙二醇酯中的一种或多种混合。
5.根据权利要求2所述单晶硅刻蚀制绒添加剂的应用，其特征在于，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
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