CN114351257A - 一种hit太阳能电池快速制绒的添加剂及制绒工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种HIT太阳能电池快速制绒的添加剂及制绒工艺，包括成核剂、表面活性剂、促进剂、消泡剂、有机酸和余量的去离子水，将成核剂、表面活性剂、促进剂、消泡剂、有机酸和余量的去离子水与碱混合制成碱性制绒液，将粗抛以及预清洗后的单晶硅片放入碱性制绒液中制绒，清洗后再经过酸洗，烘干后即得制绒好的单晶硅片产品，加入了促进剂，加快反应速率，有效缩短了制绒时间，进一步提高了HIT太阳能电池生产产能，可以获得3‑6μm的金字塔，大尺寸金字塔有利于非晶硅薄膜的沉积及钝化，有利于提高HIT太阳能电池的开路电压和电流，从而提升电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅电池生产技术领域，尤其是一种HIT太阳能电池快速制绒的添加剂及制绒工艺。
背景技术
光伏发电是太阳能直接利用的重要组成部分，作为新能源的一支，一种用之不竭的绿色可再生能源，收到人们越来越多的关注。太阳能电池表面织构化可以有效降低太阳电池的表面反射率，目前太阳能电池单晶硅制绒已是一项比较成熟的工艺，最常使用的是化学腐蚀法制备单晶硅绒面。
HIT太阳能电池是一种新兴的高效太阳能电池技术，与传统太阳能电池相比，具有转换效率高、低衰减、低温度系数、高双面率等诸多优势，因此HIT太阳能电池具有很好的发展前景。
HIT太阳能电池一般是以N型硅片为衬底：在正面依次为透明导电氧化物膜(简称TCO)、P型非晶硅薄膜，和本征富氢非晶硅薄膜；在电池背面依次为TCO透明导电氧化物膜，N型非晶硅薄膜和本征非晶硅膜，而以上非晶硅薄膜都是以沉积的方式形成，为了更有利于非晶硅薄膜的沉积及钝化，因此硅表面制绒的金字塔均匀性和尺寸对非晶硅薄膜沉积有很大影响，非晶硅薄膜沉积决定钝化层质量，优异的钝化层能有效的抑制载流子在硅表面的复合，同时提高少子寿命。
HIT太阳能电池制造工艺流程和传统单晶硅太阳能电池不同，传统单晶硅太阳能电池追求小绒面，低反射率；HIT太阳能电池追求大而均匀金字塔，且去除损伤层15μm以上，金字塔在3-8μm，但以往的HIT太阳能制绒添加剂制绒时间在1200-1800s，制绒时间过长，导致制绒后有一些外观问题，如雨点印、气柱印及表面发白等问题，当然也有一些公开专利已将制绒时间600-900s，如公开号CN111326410A的专利文献公开了“一种用于HIT电池的防花篮印制绒液及其制绒方法”，该专利里的制绒时间是600-900s，制绒时间相对于传统单晶硅太阳能电池工艺还是较长，目前现在传统单晶硅太阳能电池制绒时间是360-500s。因此开发一款制绒时间更短的HIT太阳能电池添加剂，对于推动HIT太阳能电池技术有着重大意义。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种HIT太阳能电池快速制绒的添加剂及制绒工艺，能够有效的提高制绒过程产能，具有无醇环保、无刺激性气味、制绒时间短和制绒外观良好的特点，能有效去除硅片表面损伤层，同时获得均匀性好和大尺寸金字塔。
为了实现上述技术效果，本发明采用如下方案：
一种HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，包括以下组分以及质量百分比：0.5-1.0％的成核剂、0.1-1.0％的表面活性剂、0.03-1.0％的促进剂、0.03-2.0％消泡剂、有机酸0.08-0.2％和余量的去离子水。
优选的技术方案，所述的成核剂为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、水溶性壳聚糖、壳聚糖乳酸钠、壳聚糖羧酸钠、羟乙基壳聚糖、羧甲基壳聚糖，羟丁基壳聚糖、壳聚糖季胺盐中一种或多种。
优选的技术方案，所述的表面活性剂是非离子表面活性剂，为PEG-200、PEG-400、PEG-600、AEO-9、AEO-10、APG0810、APG0812、APG0814中一种或者多种。
优选的技术方案，所述的促进剂为1-氨基-8-萘酚-4,6-二磺酸、2-氨基苯磺酸、1-氨基萘-2-磺酸钠、5-氨基-1-萘酚-3-磺酸钠、2-氨基-1-萘磺酸钠、5-氨基-1-萘磺酸钠中的一种或多种。
优选的技术方案，所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯季戊四醇和聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇中的一种或多种。
优选的技术方案，所述的有机酸是酒石酸、甲酸、乙酸、2-羟基-4-(甲硫基)丁酸、苯甲酸、对苯二甲酸、丙酸、醋酸、和水杨酸中一种或多种。
一种HIT太阳能电池的快速制绒工艺，包括以下步骤：
步骤(1)、将切割后的单晶硅片置于粗抛槽中进行弱粗抛，将粗抛后的硅片放入前双氧水槽中进行预清洗，再置入去离子水中将硅片清洗干净；
步骤(2)、按照质量百分比称取成核剂、表面活性剂、促进剂、消泡剂、有机酸以及去离子水混合配制成HIT太阳能电池快速制绒的添加剂；
步骤(3)、量取去离子水，并向去离子水中加入碱配制出碱溶液，量取步骤(2)中的添加剂加入碱溶液中混合，得到碱性制绒液；
步骤(4)、将步骤(1)中处理好的硅片浸入碱性制绒液中制绒；
步骤(5)、将步骤(4)中获得的硅片置入去离子水中清洗，再置入后双氧水槽中清洗，再置入去离子水中清洗；
步骤(6)、步骤(5)中获得的硅片置入混酸中清洗；
步骤(7)、将酸洗后的硅片浸入去离子水中再清洗后浸渍于85℃的去离子水中慢慢提拉出来，将制绒后晶硅片置于干燥箱中烘干即得制绒好的单晶硅片产品。
优选的技术方案，步骤(1)中粗抛槽中的溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液，溶液中氢氧化钾或氢氧化钠的质量百分比是1％-1.7％，粗抛时间120-160s，粗抛温度60-75℃；前双氧水槽中的溶液是2-4wt％的双氧水和0.1-0.4wt％氢氧化钾或氢氧化钠的混合液，清洗时间100-150s，温度55-65℃。
优选的技术方案，步骤(4)中的制绒时间360-500s，制绒温度75-80℃。
优选的技术方案，步骤(5)中后双氧水槽中的溶液是2-4wt％的双氧水和0.1-0.4wt％氢氧化钾或氢氧化钠的混合液，清洗时间100-150s，温度55-65℃。
与现有技术相比，有益效果为：
本发明提供的一种HIT太阳能电池片快速制绒添加剂，加入了促进剂，加快反应速率，有效缩短了制绒时间，进一步提高了HIT太阳能电池生产产能，可以获得3-6μm的金字塔，大尺寸金字塔有利于非晶硅薄膜的沉积及钝化，有利于提高HIT太阳能电池的开路电压和电流，从而提升电池效率。
附图说明
图1是实例1制绒后硅片金字塔的SEM断面图；
图2是实例1制绒后硅片金字塔的SEM俯视图；
图3是实例1-3配成的制绒液与市场购的制绒液进行性能比较。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，包括以下组分以及质量百分比：0.5-1.0％的成核剂、0.1-1.0％的表面活性剂、0.03-1.0％的促进剂、0.03-2.0％消泡剂、有机酸0.08-0.2％和余量的去离子水。
成核剂主要起到辅助制绒，表面活性剂主要起到去污作用，促进剂主要起到增加反应速率作用，消泡剂主要起到加快产生的氢气脱离硅片，有机酸主要起到降低刻蚀过程中产生的硅酸钠粘度，同时能缓冲溶液中碱的传质速度，有利于刻蚀均匀的金字塔。
优选的技术方案，所述的成核剂为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、水溶性壳聚糖、壳聚糖乳酸钠、壳聚糖羧酸钠、羟乙基壳聚糖、羧甲基壳聚糖，羟丁基壳聚糖、壳聚糖季胺盐中一种或多种。
优选的技术方案，所述的表面活性剂是非离子表面活性剂，为PEG-200、PEG-400、PEG-600、AEO-9、AEO-10、APG0810、APG0812、APG0814中一种或者多种。
优选的技术方案，所述的促进剂为1-氨基-8-萘酚-4,6-二磺酸、2-氨基苯磺酸、1-氨基萘-2-磺酸钠、5-氨基-1-萘酚-3-磺酸钠、2-氨基-1-萘磺酸钠、5-氨基-1-萘磺酸钠中的一种或多种。
优选的技术方案，所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯季戊四醇和聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇中的一种或多种。
优选的技术方案，所述的有机酸是酒石酸、甲酸、乙酸、2-羟基-4-(甲硫基)丁酸、苯甲酸、对苯二甲酸、丙酸、醋酸、和水杨酸中一种或多种。
一种HIT太阳能电池的快速制绒工艺，包括以下步骤：
步骤(1)、将切割后的单晶硅片置于粗抛槽中进行弱粗抛，将粗抛后的硅片放入前双氧水槽中进行预清洗，再置入去离子水中将硅片清洗干净；
步骤(2)、按照质量百分比称取成核剂、表面活性剂、促进剂、消泡剂、有机酸以及去离子水混合配制成HIT太阳能电池快速制绒的添加剂；
步骤(3)、量取去离子水，并向去离子水中加入碱配制出碱溶液，量取步骤(2)中的添加剂加入碱溶液中混合，得到碱性制绒液；
步骤(4)、将步骤(1)中处理好的硅片浸入碱性制绒液中制绒；
步骤(5)、将步骤(4)中获得的硅片置入去离子水中清洗，再置入后双氧水槽中清洗，再置入去离子水中清洗；
步骤(6)、步骤(5)中获得的硅片置入混酸中清洗；
步骤(7)、将酸洗后的硅片浸入去离子水中再清洗后浸渍于85℃的去离子水中慢慢提拉出来，将制绒后晶硅片置于干燥箱中烘干即得制绒好的单晶硅片产品。
优选的技术方案，步骤(1)中粗抛槽中的溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液，溶液中氢氧化钾或氢氧化钠的质量百分比是1％-1.7％，粗抛时间120-160s，粗抛温度60-75℃；前双氧水槽中的溶液是2-4wt％的双氧水和0.1-0.4wt％氢氧化钾或氢氧化钠的混合液，清洗时间100-150s，温度55-65℃。
优选的技术方案，步骤(4)中的制绒时间360-500s，制绒温度75-80℃。
优选的技术方案，步骤(5)中后双氧水槽中的溶液是2-4wt％的双氧水和0.1-0.4wt％氢氧化钾或氢氧化钠的混合液，清洗时间100-150s，温度55-65℃。
优选的技术方案，步骤(6)中混酸是HF/HCL，混酸浓度1-3mol/L，清洗时间120-160s。
优选的技术方案，步骤(7)中烘干时间30min。
加入了促进剂，加快反应速率，有效缩短了制绒时间，进一步提高了HIT太阳能电池生产产能，可以获得3-6μm的金字塔，大尺寸金字塔有利于非晶硅薄膜的沉积及钝化，有利于提高HIT太阳能电池的开路电压和电流，从而提升电池效率。
实例1
1)添加剂配制：以1L去离子水为溶剂，依次加入5g的水溶性壳聚糖、1gPEG-200、0.9g1-氨基萘-2-磺酸钠、3g聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、1g酒石酸，以上物质充分搅拌混匀；2)碱性制绒液配制：50L去离子水中加入质量百分比49％氢氧化钠或氢氧化钠500-1500mL，具体为1200mL，加入添加剂250mL-350mL，具体为250ml，充分搅拌均匀，制得碱性制绒液；3)将切割后的单晶硅片置于氢氧化钠质量百分比是1.2％、粗抛时间130s、粗抛温度60℃的粗抛槽中粗抛，将粗抛后的硅片放入质量百分比2％双氧水和0.2wt％氢氧化钠的混合液中预清洗，清洗时间100s，温度55℃，再置入去离子水中将硅片清洗干净；4)将粗抛的硅片放入80℃碱性制绒液中刻蚀400s；5)制绒好的硅片放入质量百分比1％双氧水和0.1wt％氢氧化钠的混合液中预清洗，清洗时间100s，温度55℃，再置入去离子水中将硅片清洗干净；6)将去离子水清洗的硅片浸入1.5mol/L混酸中清洗120s；7)将酸洗后的硅片浸入去离子水中再清洗后浸渍于85℃的去离子水中慢慢提拉出来，再放入干燥箱中烘30min。
实例2
1)添加剂配制：以1L去离子水为溶剂，依次加入10g羟丁基壳聚糖、1.5gAPG0810、1g5-氨基-1-萘酚-3-磺酸钠、4g聚氧乙烯甘油醚、1.5g水杨酸，以上物质充分搅拌混匀；2)碱性制绒液配制：50L去离子水中加入质量百分比49％氢氧化钠或氢氧化钠500-1500mL，具体为1500mL，加入添加剂250mL-350mL，具体为250ml，充分搅拌均匀，制得碱性制绒液；3)将切割后的单晶硅片置于氢氧化钠质量百分比是1.5％，粗抛时间140s，粗抛温度63℃的粗抛槽中粗抛，将粗抛后的硅片放入质量百分比2％双氧水和0.2wt％氢氧化钠的混合液中预清洗，清洗时间120s，温度65℃，再置入去离子水中将硅片清洗干净；4)将粗抛的硅片放入80℃碱性制绒液中刻蚀450s；5)制绒好的硅片放入质量百分比1％双氧水和0.1wt％氢氧化钠的混合液中预清洗，清洗时间100s，温度55℃，再置入去离子水中将硅片清洗干净；6)将去离子水清洗的硅片浸入1.5mol/L混酸中清洗120s；7)将酸洗后的硅片浸入去离子水中再清洗后浸渍于85℃的去离子水中慢慢提拉出来，再放入干燥箱中烘30min。
实例3
1)添加剂配制：以1L去离子水为溶剂，依次加入15g羧甲基壳聚糖、4gAEO-10、1.2g2-氨基-1-萘磺酸钠、7g聚氧乙烯季戊四醇醚、2g酒石酸，以上物质充分搅拌混匀；2)碱性制绒液配制：50L去离子水中加入质量百分比49％氢氧化钠或氢氧化钠500-1500mL，具体为1500mL，加入添加剂250mL-350mL，具体为250ml，充分搅拌均匀，制得碱性制绒液；3)将切割后的单晶硅片置于氢氧化钠质量百分比是1.5％，粗抛时间100s，粗抛温度65℃的粗抛槽中粗抛，将粗抛后的硅片放入质量百分比2％双氧水和0.2wt％氢氧化钠的混合液中预清洗，清洗时间130s，温度60℃，再置入去离子水中将硅片清洗干净；4)将粗抛的硅片放入80℃碱性制绒液中刻蚀500s；5)制绒好的硅片放入质量百分比1％双氧水和0.1wt％氢氧化钠的混合液中预清洗，清洗时间100s，温度55℃，再置入去离子水中将硅片清洗干净；6)将去离子水清洗的硅片浸入1.5mol/L混酸中清洗120s；7)将酸洗后的硅片浸入去离子水中再清洗后浸渍于85℃的去离子水中慢慢提拉出来，再放入干燥箱中烘30min。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，其特征在于，包括以下组分以及质量百分比：0.5-1.0％的成核剂、0.1-1.0％的表面活性剂、0.03-1.0％的促进剂、0.03-2.0％消泡剂、有机酸0.08-0.2％和余量的去离子水。
2.如权利要求1所述的HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，其特征在于，所述的成核剂为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、水溶性壳聚糖、壳聚糖乳酸钠、壳聚糖羧酸钠、羟乙基壳聚糖、羧甲基壳聚糖，羟丁基壳聚糖、壳聚糖季胺盐中一种或多种。
3.如权利要求1所述的HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，其特征在于，所述的表面活性剂是非离子表面活性剂，为PEG-200、PEG-400、PEG-600、AEO-9、AEO-10、APG0810、APG0812、APG0814中一种或者多种。
4.如权利要求1所述的HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，其特征在于，所述的促进剂为1-氨基-8-萘酚-4,6-二磺酸、2-氨基苯磺酸、1-氨基萘-2-磺酸钠、5-氨基-1-萘酚-3-磺酸钠、2-氨基-1-萘磺酸钠、5-氨基-1-萘磺酸钠中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，其特征在于，所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯季戊四醇和聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的HIT太阳能电池快速制绒的添加剂，其特征在于，所述的有机酸是酒石酸、甲酸、乙酸、2-羟基-4-(甲硫基)丁酸、苯甲酸、对苯二甲酸、丙酸、醋酸、和水杨酸中一种或多种。
7.一种HIT太阳能电池的快速制绒工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、将切割后的单晶硅片置于粗抛槽中进行弱粗抛，将粗抛后的硅片放入前双氧水槽中进行预清洗，再置入去离子水中将硅片清洗干净；
步骤(2)、按照质量百分比称取成核剂、表面活性剂、促进剂、消泡剂、有机酸以及去离子水混合配制成HIT太阳能电池快速制绒的添加剂；
步骤(3)、量取去离子水，并向去离子水中加入碱配制出碱溶液，量取步骤(2)中的添加剂加入碱溶液中混合，得到碱性制绒液；
步骤(4)、将步骤(1)中处理好的硅片浸入碱性制绒液中制绒；
步骤(5)、将步骤(4)中获得的硅片置入去离子水中清洗，再置入后双氧水槽中清洗，再置入去离子水中清洗；
步骤(6)、步骤(5)中获得的硅片置入混酸中清洗；
步骤(7)、将酸洗后的硅片浸入去离子水中再清洗后浸渍于85℃的去离子水中慢慢提拉出来，将制绒后晶硅片置于干燥箱中烘干即得制绒好的单晶硅片产品。
8.如权利要求7所述的HIT太阳能电池的快速制绒工艺，其特征在于，步骤(1)中粗抛槽中的溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液，溶液中氢氧化钾或氢氧化钠的质量百分比是1％-1.7％，粗抛时间120-160s，粗抛温度60-75℃；前双氧水槽中的溶液是2-4wt％的双氧水和0.1-0.4wt％氢氧化钾或氢氧化钠的混合液，清洗时间100-150s，温度55-65℃。
9.如权利要求7所述的HIT太阳能电池的快速制绒工艺，其特征在于，步骤(4)中的制绒时间360-500s，制绒温度75-80℃。
10.如权利要求7所述的HIT太阳能电池的快速制绒工艺，其特征在于，步骤(5)中后双氧水槽中的溶液是2-4wt％的双氧水和0.1-0.4wt％氢氧化钾或氢氧化钠的混合液，清洗时间100-150s，温度55-65℃。
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