CN113787048A - 清洗石墨舟的方法 - Google Patents

Abstract

一种清洗石墨舟的方法，属于光伏领域。清洗石墨舟的方法包括：通过将石墨舟浸泡于酸洗液中的方式去除镀层中的二氧化硅膜层，获得一级清洗石墨舟；利用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟，以去除镀层中的多晶硅膜层，获得二级清洗石墨舟；用酸液浸泡二级清洗石墨舟，以去除残留的镀层中的二氧化硅膜层。该清洗方法可以有效地对TOPCon太阳能电池的制程中所使用的石墨舟进行清洗。

Description

清洗石墨舟的方法

技术领域

本申请涉及光伏领域，具体而言，涉及一种清洗石墨舟的方法。

背景技术

在太阳能电池的制程中，镀膜工艺生产时需要使用到石墨舟；其被用以承载电池片。石墨舟由多个舟片间隔地依次组装而成。两个相邻的舟片之间有一个间隙的空间，其中则放置电池片。

利用石墨舟镀膜的一种工艺是：

在两个相邻的舟片间通电，使得该两个相邻舟片形成正负极。当在上述的间隙的腔室中提供一定气压的气体并加电时，气体分子在两个舟片之间发生辉光放电，而辉光放电可分解气体分子并在电池片上结合形成特定的膜层，从而达到其镀膜目的。

在镀膜过程中，舟片的表面也会产生形成镀层。并且随着石墨舟使用次数的增加，其表面会形成多层叠加的复杂的镀膜结构。当这样的附着于舟片的内表面的镀膜结构厚度增加到一定程度之后，会严重地影响镀膜效果，导致不良片产生的比例升高。因此，需要定期地清理舟片表面的镀膜。

发明内容

本申请提供了一种用于对TOPCon太阳能电池制程中使用的石墨舟的清洗的方法，以部分或全部地改善、甚至解决目前对其难以形成有效的清洗效果的困境。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提出了一种用于对在TOPcon太阳电池制程中使用的石墨舟的表面的镀层进行去除，从而清洗石墨舟的方法。

其中，镀层包括二氧化硅膜层和多晶硅膜层，而清洗石墨舟的方法包括：

通过将石墨舟浸泡于酸洗液中的方式去除镀层中的二氧化硅膜层的部分，获得一级清洗石墨舟；

利用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟，以去除镀层中的多晶硅膜层，获得二级清洗石墨舟；

用酸液浸泡二级清洗石墨舟，以去除残留的镀层中的二氧化硅膜层。

根据本申请的一些示例，在利用酸洗液浸泡所述石墨舟的步骤中，所述石墨舟是整舟浸泡；或者，在利用酸洗液浸泡石墨舟之前，将石墨舟拆卸形成独立的多个舟片。

整舟清洗，可以提高劳动效率，减少人力消耗。

根据本申请的一些示例，在利用酸洗液浸泡石墨舟时，酸洗液中进行鼓泡操作；

可选地，鼓泡操作使用的气体是惰性气体；

可选地，惰性气体是氮气。

根据本申请的一些示例，在用酸洗液浸泡石墨舟之后，用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟之前，清洗石墨舟的方法包括：使酸洗液与石墨舟脱离，然后用水清洗石墨舟，以去除石墨舟表面残留的酸洗液；

可选地，清洗石墨舟的水是去离子水；

可选地，用水清洗石墨舟是通过浸泡的方式进行的，且还进行鼓泡操作。

根据本申请的一些示例，在用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟之后，用酸液浸泡二级清洗石墨舟之前，清洗石墨舟的方法包括：使碱洗液与一级清洗石墨舟脱离，然后用水清洗一级清洗石墨舟，以去除一级清洗石墨舟表面残留的碱洗液；

可选地，清洗一级清洗石墨舟的水是去离子水；

可选地，用水清洗一级清洗石墨舟是通过浸泡的方式进行的，且还进行鼓泡操作。

根据本申请的一些示例，酸液由浓度为20wt％的氢氟酸和浓度为5wt％的盐酸按照1：1至1：6的体积比混合形成的混酸，浸泡的温度为60℃以下，浸泡时间在10分钟以下。

根据本申请的一些示例，用酸液浸泡二级清洗石墨舟之后，清洗石墨舟的方法还包括水洗操作，水洗操作包括：依次对二级清洗石墨舟进行用水喷淋和在鼓泡的情况下用水浸泡清洗。

根据本申请的一些示例，清洗石墨舟的方法还包括在水洗操作之后利用风刀吹扫干燥二级清洗石墨舟。

根据本申请的一些示例，酸洗液是由浓度为20wt％的氟化氢和浓度为5wt％的氯化氢按照1：1至1：6的体积比混合形成的混酸，浸泡的温度为60℃以下，浸泡时间在10分钟以下。

根据本申请的一些示例，碱洗液是氢氧化钠水溶液，且浓度为20wt％～50wt％，浸泡的温度为60℃以上，浸泡时间在6小时以下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例中的石墨舟的清洗流程示意图。

图标：101-舟片；102-二氧化硅膜层；103-多晶硅膜层。

具体实施方式

目前，在太阳能电池的制程中会涉及到不同材料的膜层的制备。而在制膜过程中，一种使用量较大的设备就是石墨舟。

根据使用石墨舟进行膜层制作的过程分析，石墨舟的舟片上也会存在不同程度的膜层附着。而这些附着于舟片上的膜层会严重地影响石墨舟的使用性能，例如镀膜质量—厚度均匀性、表面形貌。

因此，需要对石墨舟进行清洗。当前使用的较多的是PERC太阳电池制程中使用的PERC石墨舟清洗机。然而由于TOPCon电池的特殊性—具有不同于PERC电池的结构以及制备工艺—在TOPCon电池的制程工艺中所使用的石墨舟的清洗难以继续沿用PERC石墨舟清洗机及其清洗方案。

针对这样的现实需求，在本申请示例中，发明人提出了一种新的用于对在TOPCon太阳能电池的制造过程中所使用的石墨舟进行彻底的清洗的方案。

需要指出的是，由于TOPCon太阳能电池的制备会涉及到多个环节，而使用石墨舟的工序在本申请示例中主要是指制作多晶硅膜层(poly膜)和超薄二氧化硅膜层。因此，石墨舟的清洗方法主要是指：对石墨舟在使用过程中所附着的在其表面的镀层的去除工艺。如前述，该镀层包括二氧化硅膜层和多晶硅膜层。根据TOPCon电池的制备工序而言，石墨舟的舟片的表面上的镀层是依次按照超薄二氧化硅膜层和多晶硅膜层的方式排布的。换言之，舟片的表面的镀层的最外层为多晶硅膜层。

其中，在研究中，发明人认为可以选择使用酸液对二氧化硅层进行腐蚀去除，而其中的多晶硅膜层用前述的酸液则很难去除，需要使用其他的方案。

根据前述石墨舟的舟片的表面上的镀层的层状分布结构，一般地可以选择先对表面的多晶硅膜层进行去除，然后再对二氧化硅膜层进行去除。例如示例中可以选择先用一种酸液去除多晶硅膜层，然后再使用另一种酸液去除二氧化硅膜层。

然而，进行实践，发明人发现，上述方案存在诸多问题。由于多晶硅膜层的去除难度大，需要的处理时间很长。因此，如果先去除多晶硅膜层会严重地限制产能、降低效率，而如果为了增大产能而使用更多的清洗设备则会提高石墨舟的清洗成本。

另外，在去除多晶硅膜层的方案中，鉴于一般酸液难以对其进行腐蚀或者说腐蚀速度很慢，因此，可以考虑使用硝酸。然而，硝酸的使用成本高，例如其制作成本高，且硝酸的排放的氮含量对于污水处理要求更高，处理成本也更高。这样的问题对于石墨舟被使用多次(例如50个循环；镀膜很厚)之后的情况表现得尤为突出。

有鉴于上述一些实际情况，在本申请的示例中，选择先用酸液对二氧化硅膜层进行腐蚀以至少部分将其去除，然后再使用碱液腐蚀去除多晶硅膜层；随后再用酸液将剩余的二氧化硅膜层去除。之所以在先用酸液腐蚀二氧化硅膜层是不将其彻底去除，一方面是因为此时舟片表面的多层结构导致一次性彻底腐蚀去除的难度大，另一方面则是因为相比于腐蚀二氧化硅膜层，多晶硅膜层的腐蚀去除难度更大、耗时更长，需要尽量地为腐蚀多晶硅膜层进行工艺“倾斜”和设计，否者会严重地增加镀层的去除时间。

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

示例中描述涉及的“和/或”，表示同时存在或独立存在。例如A和/或B，表示单独存在A，或单独存在B，或同时存在A、B。

示例中给出了一种用于对在TOPcon太阳电池的制造过程中使用的石墨舟的表面的镀层进行去除，而实现清洗石墨舟的方法。其中多层主要由二氧化硅膜层和多晶硅膜层有序地排列形成。并且以二氧化硅膜层和多晶硅膜层为一个单元，石墨舟的舟片表面可以具有不同数量的单元，例如可以为一个或两个或三个或者更多个。

参阅图1，示例中以执行了一个循环的镀膜工序形成的舟片表面的镀层分布情况进行说明。其中，舟片101的表面覆盖一层二氧化硅膜层102(是作为TOPCon电池中的隧穿氧化薄层)以及覆盖在二氧化硅膜层102之上的多晶硅膜层103(poly层)。

清洗石墨舟的方法包括：

步骤一、通过将石墨舟浸泡于酸洗液中的方式去除镀层中的二氧化硅膜层的部分，获得一级清洗石墨舟。

该步骤中，石墨舟既可以是以整体被放入到酸洗液中进行浸泡，也可以是将石墨舟拆卸后进行浸泡。将石墨舟拆卸后，将组装的多个舟片拆分为独立的多个舟片进行清洗，便于使用者操作；同时，这样的方案可以分批处理，提高使用者的操作效率。另外，由于舟片的材料原因，其容易发生形变和崩碎等物理缺陷，因此，拆舟时需要注意避免对舟片的损伤。

酸洗液是对石墨舟的舟片表面附着的镀层中的二氧化硅膜层具有腐蚀作用的液体试剂。在本申请的示例中，该酸洗液被选择为混合的无机酸，例如混合的氢氟酸和盐酸。

一些可替代的示例中，无机酸为浓度为20wt％的氢氟酸和浓度为5wt％的盐酸按照1：1至1：6的体积比混合形成的混合物。在这种酸洗液的情况下，可以将石墨舟的舟片浸泡在温度约60℃的酸洗液中约10分钟。除了浸泡之外，也可以选择通过喷淋的方式将酸洗液转移到石墨舟的舟片上。但是，这样存在喷洒的均匀性不便控制，且对设备的要求更高等；通常选择浸泡的方式进行二氧化硅膜层的去除操作。

为了提高清洗的效果，在浸泡的过程中可以结合对酸洗液进行鼓泡操作。鼓泡操作有助于酸的分布，以及改善酸与舟片的镀层的接触。鼓泡操作可以选择通过向酸的容器内通入气体的方式实现。例如，将惰性的气体(可以为氮气)从容器的底部通入。

通过该步骤，在舟片表面的多晶硅膜层之间的二氧化硅膜层被部分去除。后续即可实施步骤二。但是由于步骤二使用的是碱性物质，因此，在用酸洗液清洗之后，可以选择将舟片捞出用去离子水(其温度可以为室温)进行清洗，以去除石墨舟表面残留的酸洗液。而用水清洗石墨舟的方式则可以是通过用水浸泡的方式进行，浸泡时间可以选择为10分钟以内。浸泡过程中也可以进行鼓泡操作，以提高对酸的去除效果。

步骤二、利用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟，以去除镀层中的多晶硅膜层，获得二级清洗石墨舟。

在通过步骤一对内侧的二氧化硅膜层从侧面腐蚀，舟片和多晶硅膜层之间形成一定的间隙。因此，此时使用碱洗液进行清洗时，碱洗液能够从多晶硅膜层(镀膜层的堆叠方向)的两侧进行同时腐蚀，从而可以获得更高的清洗效果。

作为对比，对具有镀膜的舟片先用碱洗液清洗多晶硅膜层的方案，由于内侧的二氧化硅膜层并未被腐蚀，因此，多晶硅膜层暴露了一个表面。因此，此时用碱洗液腐蚀时，只能从该一个表面进行。

显然，本申请示例中的方案先用酸液腐蚀内部的二氧化硅膜层，然后再使用碱洗液腐蚀多晶硅膜层。因此，本申请方案在腐蚀多晶硅膜层时，多晶硅膜层的上下两个表面都可以同时进行腐蚀，从而获得了高的清洗效果。

碱洗操作可以选择能够溶于水的无机碱盐，避免使用有机碱所可能引起的有机物污染。示例中，碱洗液使用的是氢氧化钠水溶液。氢氧化钠水溶液的浓度则可以是20wt％至50wt％；示例性地，其浓度可以是22wt％、25wt％、27wt％、32wt％、35wt％、41wt％、46wt％等等。该碱洗液的温度可以控制到60℃以上(例如60℃至80℃)。由于多晶硅膜层的腐蚀难度大，因此，利用碱洗液腐蚀多晶硅膜层的时间要长于在步骤一中利用碱洗液腐蚀二氧化硅膜层的时间。例如，碱洗液浸泡一级清洗石墨舟的时间可以是6小时。

如同在前述的步骤一中的相关描述那样，在用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟之后，也可以将一级清洗石墨舟捞出，然后再用水清洗一级清洗石墨舟，以去除一级清洗石墨舟表面残留的碱洗液。其中，水选择用去离子水，清洗的方式则可以是将一级清洗石墨舟浸泡在时温的去离子水中10分钟左右。浸泡过程中也可以伴随着进行鼓泡操作。

步骤三、用酸液浸泡二级清洗石墨舟，以去除残留的镀层中的二氧化硅膜层。

通过上述步骤一和步骤二的处理后，石墨舟的表面的多晶硅膜层和部分的二氧化硅层已经被去除。因此，再通过该部分将剩余的二氧化硅膜层通过酸液腐蚀去除。

由于该步骤三与步骤二都涉及对二氧化硅膜层进行清洗，因此，本步骤的酸液可以采用与步骤一中的酸洗液相同的配方和清洗条件进行清洗处理。例如，采用浓度为20wt％的氢氟酸和浓度为5wt％的盐酸按照1：1至1：6的体积比混合形成的混合酸液。将二级清洗石墨舟在60℃的该酸液中浸泡约10分钟。并且，浸泡期间也可以进行鼓泡操作。同时该步骤的酸液还能对石墨舟表面的可能残留的碱洗液进行酸碱中和反应，从而使碱洗液被更彻底地去除。

在用酸液浸泡二级清洗石墨舟之后，石墨舟表面的镀层被去除，为了去除残留的酸性物质和/或碱性物质，以及一些潜在的颗粒物，可以进行水洗操作。水洗操作包括：依次对二级清洗石墨舟进行用水喷淋和在鼓泡的情况下用水浸泡清洗。其中喷淋对石墨舟实现快速和相对高强度的清洗，然后通过浸泡进行更温和、彻底的清洗。该过程中可以使用室温的去离子水，喷淋时间可以适当缩短如10分钟以内，浸泡则可以适当延长时间例如1小时。水洗操作之后，可以将石墨舟捞出通过风刀吹扫的方式进行干燥。

以下结合实施例对石墨舟的清洗方案作进一步的详细描述。

实施例1

一、酸洗

将待清洗的石墨舟放入酸洗槽中，向酸洗槽中导入氢氟酸和盐酸的混合酸液淹没石墨舟，然后向酸洗槽中通入氮气进行鼓泡。混合酸液的温度为60℃，且其中的氢氟酸的浓度为20wt％，盐酸的浓度为5wt％，且体积比1:1。石墨舟在混合酸液中的浸泡10分钟后捞出，用室温的去离子水在鼓泡的情况下浸泡10分钟捞出。

二、碱洗

将酸洗后的石墨舟，放入碱洗槽中，向碱洗槽中导入氢氧化钠水溶液淹没石墨舟，然后向碱洗槽中通入氮气进行鼓泡。氢氧化钠水溶液的温度为60℃、浓度比为20wt％。石墨舟在氢氧化钠水溶液中的浸泡10分钟后捞出，用室温的去离子水在鼓泡的情况下浸泡10分钟捞出。

三、酸洗

将碱洗后的石墨舟放入酸洗槽中，向酸洗槽中导入氢氟酸和盐酸的混合酸液淹没石墨舟，然后向酸洗槽中通入氮气进行鼓泡。混合酸液的温度为60℃，氢氟酸的浓度为20wt％，盐酸的浓度5wt％，且体积比1:1。石墨舟在混合酸液中的浸泡10分钟后捞出，用室温的去离子水喷淋10分钟，然后在鼓泡的情况下用去离子水浸泡10分钟捞出。

四、干燥

将石墨舟从酸洗槽中取出，用风刀进行吹扫干燥。

对比例1

一、酸洗

将待清洗的石墨舟放入酸洗槽中，向酸洗槽中导入氢氟酸和盐酸的混合酸液淹没石墨舟，然后向酸洗槽中通入氮气进行鼓泡。混合酸液的温度为60℃，氢氟酸的浓度为20wt％，盐酸的浓度为5wt％，且体积比1:1。石墨舟在混合酸液中的浸泡10分钟后捞出，用室温的去离子水在鼓泡的情况下浸泡10分钟捞出。

二、干燥

将石墨舟从酸洗槽中取出，用风刀进行吹扫干燥。

试验例1

将上述实施例1和对比例1中的清洗后的石墨舟进行表面检测，判断是否有残留的镀膜存在。结果表明，本申请示例的方案能够有效地去除在舟片上附着的镀层，而对比例1的方案中的石墨舟的表面的镀层还存在残留清理。

试验例2

将上述实施例1和对比例1中的清洗后的石墨舟进行TOPCon电池的镀膜工艺。然后检测镀膜的质量(厚度)。

结果表明，利用本申请实施例1清洗后的石墨舟进行镀膜操作，可以提高镀膜的厚度的均匀性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种清洗石墨舟的方法，用于对在TOPcon太阳能电池的制程中所使用的石墨舟的表面的镀层进行去除，所述镀层包括二氧化硅膜层和多晶硅膜层，其特征在于，所述清洗石墨舟的方法包括：

通过将所述石墨舟浸泡于酸洗液中的方式去除所述镀层中的二氧化硅膜层的部分，获得一级清洗石墨舟；

利用碱洗液浸泡所述一级清洗石墨舟，以去除所述镀层中的多晶硅膜层，获得二级清洗石墨舟；

用酸液浸泡所述二级清洗石墨舟，以去除残留的镀层中的二氧化硅膜层。

2.根据权利要求1所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，所述在利用酸洗液浸泡所述石墨舟的步骤中，所述石墨舟是整舟浸泡；

或者，在利用酸洗液浸泡所述石墨舟之前，将所述石墨舟拆卸形成独立的多个舟片。

3.根据权利要求1所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，在利用酸洗液浸泡所述石墨舟时，酸洗液中进行鼓泡操作；

可选地，所述鼓泡操作使用的气体是惰性气体；

可选地，所述惰性气体是氮气。

4.根据权利要求1所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，在用酸洗液浸泡石墨舟之后，用碱洗液浸泡所述一级清洗石墨舟之前，所述清洗石墨舟的方法包括：使酸洗液与石墨舟脱离，然后用水清洗石墨舟，以去除石墨舟表面残留的酸洗液；

可选地，清洗石墨舟的水是去离子水；

可选地，用水清洗石墨舟是通过浸泡的方式进行的，且还进行鼓泡操作。

5.根据权利要求1所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，在用碱洗液浸泡一级清洗石墨舟之后，用酸液浸泡所述二级清洗石墨舟之前，所述清洗石墨舟的方法包括：使碱洗液与一级清洗石墨舟脱离，然后用水清洗一级清洗石墨舟，以去除一级清洗石墨舟表面残留的碱洗液；

可选地，清洗一级清洗石墨舟的水是去离子水；

可选地，用水清洗一级清洗石墨舟是通过浸泡的方式进行的，且还进行鼓泡操作。

6.根据权利要求1所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，所述酸液由浓度为20wt％的氢氟酸和浓度为5wt％的盐酸按照1：1至1：6的体积比混合形成的混酸，浸泡的温度为60℃以下，浸泡时间在10分钟以下。

7.根据权利要求6所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，用酸液浸泡所述二级清洗石墨舟之后，所述清洗石墨舟的方法还包括水洗操作，所述水洗操作包括：依次对所述二级清洗石墨舟进行用水喷淋和在鼓泡的情况下用水浸泡清洗。

8.根据权利要求7所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，所述清洗石墨舟的方法还包括在水洗操作之后利用风刀吹扫干燥经过水洗操作的所述二级清洗石墨舟。

9.根据权利要求1所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，所述酸洗液是由浓度为20wt％的氢氟酸和浓度为5wt％的盐酸按照1：1至1：6的体积比混合形成的混酸，浸泡的温度为60℃以下，浸泡时间在10分钟以下。

10.根据权利要求1或9所述的清洗石墨舟的方法，其特征在于，所述碱洗液是氢氧化钠水溶液，且浓度为20wt％～50wt％，浸泡的温度为60℃以上，浸泡时间在6小时以下。

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