CN113136144A - 一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂及其应用方法，包括基础液、辅助液和有机硅材料；基础液为碱液，基础液用于碱性刻蚀晶硅片；辅助液按质量百分比包括，1.0‑2.0％硫酸钠、1.0‑2.0％两性表面活性剂和5.0‑10％有机溶剂，余量为水；有机硅材料包括硅烷偶联剂和硅油，有机硅材料作为消泡剂及界面保护剂；将基础液、辅助液和有机硅材料按比例混合均匀后，再将晶硅片置于混合液中进行碱性刻蚀反应，同时搅拌溶液使反应充分；采用碱性抛光技术，低酸的消耗及排放，同时利用有机硅材料和两性表面活性剂协同作用，能够大幅提高刻蚀反应的效率，还可以迅速传递走产生的氢气气泡，从而保证抛光更均匀。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅抛光技术领域，尤其涉及一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂及其应用方法。
背景技术
晶硅片是应用于太阳能光伏发电领域中的重要组成部件。
目前，传统的晶硅片抛光工艺普遍采用酸抛技术，使用大量的氢氟酸和硝酸，造成的污染严重，处理成本高；且传统酸性抛光工艺稳定性差，抛光出来的硅片光电转换效率低。
因此，近来某些生产厂家开始采用碱性抛光技术，其原理是利用碱液中大量存在的氢氧根离子和硅发生反应，通过刻蚀作用实现抛光。由于在反应的过程会产生大量的氢气，形成大量气泡附着于晶硅片表面，会造成气泡附着区域难以接触碱液发生刻蚀，从而导致抛光效果不均匀，且效率低下。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种抛光效果均匀，且效率较高的用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂及其应用方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，包括基础液、辅助液和有机硅材料；基础液为碱液，基础液用于碱性刻蚀晶硅片；辅助液按质量百分比包括，1.0-2.0％硫酸钠、1.0-2.0％两性表面活性剂和5.0-10％有机溶剂，余量为水；有机硅材料包括硅烷偶联剂和硅油，有机硅材料作为消泡剂及界面保护剂。
在以上技术方案的基础上，优选的，两性表面活性剂包括高级脂肪伯胺、氯乙酸、甜菜碱和丙烯酸甲酯中的一种或多种。
在以上技术方案的基础上，优选的，有机溶剂为二甲醚。
在以上技术方案的基础上，优选的，有机硅材料包括氨基硅烷和有机硅乳液，且氨基硅烷和有机硅乳液比例为1：(1-4)。
在以上技术方案的基础上，优选的，辅助剂按质量百分比在抛光剂内的含量为0.5-6％。
在以上技术方案的基础上，优选的，有机硅材料按质量百分比在抛光剂内的含量为1-10％。
在以上技术方案的基础上，优选的，基础液按质量百分比含有2-4％氢氧化钾或2-3％氢氧化钠。
另一方面，本发明还提供了一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂的应用方法，包括以下步骤，
S1清洗晶硅片，按照配方组分配置基础液和辅助液，并称量有机硅材料；
S2将基础液、辅助液和有机硅材料按比例混合均匀后，再将晶硅片置于混合液中进行碱性刻蚀反应，同时搅拌溶液使反应充分；
S3将刻蚀完成的晶硅片取出并用去离子水反复冲洗以去除表面残留的有机硅材料和残留溶液，吹干，烘干即可。
在以上技术方案的基础上，优选的，在步骤S2中，控制反应温度为60-72℃，反应时间80-300s。
本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂及其应用方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明采用碱性抛光技术，工艺稳定性更好，降低酸的消耗及排放，反应产生的污染较少，成本低廉，同时利用有机硅材料和两性表面活性剂协同作用，能够大幅提高刻蚀反应的效率，还可以迅速传递走产生的氢气气泡，从而保证抛光更均匀。
(2)本发明采用的碱性抛光技术，无需预处理处理进行激活，操作步骤更少，工艺简单，效率更高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，包括基础液、辅助液和有机硅材料。
其中，基础液为碱液，基础液用于碱性刻蚀晶硅片，基础液按质量百分比含有4％氢氧化钾。
辅助液按质量百分比包括，1.0％硫酸钠、1.0％两性表面活性剂和5.0％有机溶剂，余量为水；两性表面活性剂包括高级脂肪伯胺、氯乙酸、甜菜碱和丙烯酸甲酯中的一种或多种；有机溶剂为二甲醚；辅助剂按质量百分比在抛光剂内的含量为0.5％。
有机硅材料包括氨基硅烷和有机硅乳液，且氨基硅烷和有机硅乳液比例为2:8，有机硅材料按质量百分比在抛光剂内的含量为1％，有机硅材料用于作为消泡剂及界面保护剂。
当进行抛光作业时，本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂的应用方法，包括以下步骤，
S1清洗晶硅片，按照配方组分配置基础液和辅助液，并称量有机硅材料。
S2将基础液、辅助液和有机硅材料按比例混合均匀后，再将晶硅片置于混合液中进行碱性刻蚀反应，同时搅拌溶液使反应充分；控制反应温度为60℃，反应时间80s。
S3将刻蚀完成的晶硅片取出并用去离子水反复冲洗以去除表面残留的有机硅材料和残留溶液，吹干，烘干即可。
实施例2：
本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，包括基础液、辅助液和有机硅材料。
其中，基础液为碱液，基础液用于碱性刻蚀晶硅片，基础液按质量百分比含有4％氢氧化钾。
辅助液按质量百分比包括，1.5％硫酸钠、1.5％两性表面活性剂和7.5％有机溶剂，余量为水；两性表面活性剂包括高级脂肪伯胺、氯乙酸、甜菜碱和丙烯酸甲酯中的一种或多种；有机溶剂为二甲醚；辅助剂按质量百分比在抛光剂内的含量为3％。
有机硅材料包括氨基硅烷和有机硅乳液，且氨基硅烷和有机硅乳液比例为3:7，有机硅材料按质量百分比在抛光剂内的含量为5％，有机硅材料用于作为消泡剂及界面保护剂。
当进行抛光作业时，本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂的应用方法，包括以下步骤，
S1清洗晶硅片，按照配方组分配置基础液和辅助液，并称量有机硅材料。
S2将基础液、辅助液和有机硅材料按比例混合均匀后，再将晶硅片置于混合液中进行碱性刻蚀反应，同时搅拌溶液使反应充分；控制反应温度为68℃，反应时间200s。
S3将刻蚀完成的晶硅片取出并用去离子水反复冲洗以去除表面残留的有机硅材料和残留溶液，吹干，烘干即可。
实施例3：
本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，包括基础液、辅助液和有机硅材料。
其中，基础液为碱液，基础液用于碱性刻蚀晶硅片，基础液按质量百分比含有4％氢氧化钾。
辅助液按质量百分比包括，2.0％硫酸钠、2.0％两性表面活性剂和10％有机溶剂，余量为水；两性表面活性剂包括高级脂肪伯胺、氯乙酸、甜菜碱和丙烯酸甲酯中的一种或多种；有机溶剂为二甲醚；辅助剂按质量百分比在抛光剂内的含量为6％。
有机硅材料包括氨基硅烷和有机硅乳液，且氨基硅烷和有机硅乳液比例为5:5，有机硅材料按质量百分比在抛光剂内的含量为10％，有机硅材料用于作为作为消泡剂及界面保护剂。
当进行抛光作业时，本发明的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂的应用方法，包括以下步骤，
S1清洗晶硅片，按照配方组分配置基础液和辅助液，并称量有机硅材料。
S2将基础液、辅助液和有机硅材料按比例混合均匀后，再将晶硅片置于混合液中进行碱性刻蚀反应，同时搅拌溶液使反应充分；控制反应温度为72℃，反应时间300s。
S3将刻蚀完成的晶硅片取出并用去离子水反复冲洗以去除表面残留的有机硅材料和残留溶液，吹干，烘干即可。
工作原理：
基础液刻蚀晶硅片的原理为：Si+2KOH+H2O＝K2SiO3+2H2↑
因此刻蚀反应过程中会产生大量的氢气，并形成气泡附着于晶硅体表面，减小了晶硅体表面和基础液的接触面积，不仅降低了反应效率，同时由于气泡随机分布，造成晶硅体表面抛光不均匀的问题。
因此，辅助液采用两性表面活性剂具有迅速消泡的作用。
同时，本发明还向基础液和辅助液内投入定量的有机硅材料。当有机硅材料进入液相内，由于有机硅材料不溶于水而溶于有机溶剂，因此会在混合溶液中形成“油粒”，“油粒”可以看做是一种憎水颗粒，液相和憎水颗粒的接触表面实际上可以看作是形成一层“膜”。
由于两性表面活性剂的粒子具有亲水基和憎水基，憎水基会向“膜”运动并捕获憎水颗粒，从而使两性表面活性剂粒子附着于憎水颗粒上。
当对液相进行搅拌时，一方面加快了液相流动，提高气泡离开晶硅片表面的效率；另一方面，憎水颗粒能够作为运输载体携带两性表面活性剂粒子向晶硅片表面运动，由于两性表面活性剂粒子的亲水基具有阳离子端并与氢氧根离子结合，能够将氢氧根离子运输至晶硅片表面进行蚀刻反应，从而提高了刻蚀反应的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：包括基础液、辅助液和有机硅材料；
所述基础液为碱液，所述基础液用于碱性刻蚀晶硅片；
所述辅助液按质量百分比包括，1.0-2.0％硫酸钠、1.0-2.0％两性表面活性剂和5.0-10％有机溶剂，余量为水；
所述有机硅材料包括硅烷偶联剂和硅油，所述有机硅材料作为消泡剂及界面保护剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：所述两性表面活性剂包括高级脂肪伯胺、氯乙酸、甜菜碱和丙烯酸甲酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：所述有机溶剂为二甲醚。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：所述有机硅材料包括氨基硅烷和有机硅乳液，且氨基硅烷和有机硅乳液比例为1:(1-4)。
5.根据权利要求1所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：所述辅助剂按质量百分比在抛光剂内的含量为0.5-6％。
6.根据权利要求1所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：所述有机硅材料按质量百分比在抛光剂内的含量为1-10％。
7.根据权利要求1所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂，其特征在于：所述基础液按质量百分比含有2-4％氢氧化钾或2-3％氢氧化钠。
8.一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂的应用方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1清洗晶硅片，按照配方组分配置基础液和辅助液，并称量有机硅材料；
S2将基础液、辅助液和有机硅材料按比例混合均匀后，再将晶硅片置于混合液中进行碱性刻蚀反应，同时持续搅拌溶液使反应充分；
S3将刻蚀完成的晶硅片取出并用去离子水反复冲洗以去除表面残留的有机硅材料和残留溶液，吹干，烘干即可。
9.根据权利要求8所述的一种用于晶硅片快速碱抛光的抛光剂的应用方法，其特征在于：在所述步骤S2中，控制反应温度为60-72℃，反应时间80-300s。
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