CN116004232A - 一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏材料制备技术领域，尤其涉及一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其各组分的质量百分含量为：维生素E为0.8％～1.5％，碘酸钠为0.4％～2％，葡萄糖酸钠为1％～3％，苹果酸为0.1％～0.2％，聚乙烯吡咯烷酮为0.01％～0.04％，羧甲基纤维素钠0.2％～0.5％，余量为水，本发明中提供了一种碱抛光刻蚀液添加剂，由于在碱抛腐蚀体系中存在同向腐蚀，腐蚀过程会产生张力的影响，张力的影响是固定常数，因此，在反应体系中加入表面活性剂，可以降低界面的表面张力，使润浸角减小，从而提高硅片的润湿性，随着表面活性剂的加入，腐蚀反应所产生的气泡就会更加快速的离开硅片表面，从而使单晶硅表面产生结构更加均匀的腐蚀台阶结构。
Description
技术领域
本发明涉及光伏材料制备技术领域，尤其涉及一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂及其应用。
背景技术
面对全球对低碳环保清洁能源的需求与日俱增，利用太阳能发电的需求越来越迫切，提高太阳能电池的效率已经是整个人类的需求，单晶硅太阳能电池的效率要优于多晶硅太阳能电池，目前国际市场99％以上的光伏太阳能电池均为单晶硅太阳能电池。
酸刻蚀能够控制刻蚀速率，刻蚀后晶片的表面形态好，但是酸刻蚀的刻蚀速率过快导致晶片的平整度退化；相比酸刻蚀，碱刻蚀的刻蚀速率低，但是碱刻蚀能够提高晶片的平整度，因此可获得具有优异平整度的晶片。现有的碱刻蚀方法还具有一些其它方面的缺陷，如硅片表面反射率、刻蚀抛光损失等方面仍有待提高，随着太阳能电池技术的发展，对于太阳能电池硅片的要求越来越高，因此需要对现有刻蚀抛光技术进行改进。
对于单晶硅而言，想要提升平均反射率，需要对单晶硅抛光后的表面进行改进，则要求单晶硅表面腐蚀出均匀，全面的覆盖一层表面微结构，其次需要提升抛光面的表面质量，减少表面裂纹，增强丝网印刷对抛光面的结合能力。
因此，我们提出了一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂及其应用用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种能够降低单晶硅减薄量，同时使硅片表面腐蚀的更加均匀的单晶硅碱抛光刻蚀液添加剂及其应用。
一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其各组分的质量百分含量为：维生素E为0.8％～1.5％，碘酸钠为0.4％～2％，葡萄糖酸钠为1％～3％，苹果酸为0.1％～0.2％，聚乙烯吡咯烷酮为0.01％～0.04％，羧甲基纤维素钠0.2％～0.5％，余量为水。
优选的，所述水为工业蒸馏水。
优选的，所述羧甲基纤维素钠的分子量为400-800。
优选的，其制备方法包括以下步骤：
将质量百分比为0.8％～1.5％的维生素E，0.4％～2％的碘酸钠，1％～3％的葡萄糖酸钠，0.1％～0.2％的苹果酸为，0.01％～0.04％的聚乙烯吡咯烷酮，0.2％～0.5％的羧甲级纤维素钠，加入到余量的水中，控制温度105～115℃保温回流18～22小时，然后用氢氧化钾溶液将混合液调整为pH6～8，得到单晶硅抛光碱刻蚀添加剂。
优选的，用于单晶硅碱抛光刻蚀液，所述刻蚀液上述单晶硅抛光碱刻蚀添加剂和基础液，所述单晶硅抛光碱刻蚀添加剂与基础液的质量比为(1.2～10):100。
优选的，所述基础液为氢氧化钾溶液与水混合制得，氢氧化钾溶液与水的体积比为4:96，氢氧化钾溶液中溶质的浓度为48wt％。
优选的，单晶硅碱抛光刻蚀的方法，利用上述的刻蚀液对单晶硅进行碱抛光刻蚀。
优选的，包括以下步骤：
S1、制备单晶硅抛光碱刻蚀添加剂；
S2、将体积比为4:96氢氧化钾溶液与水混合均匀，其中氢氧化钾溶液中溶质的浓度为48wt％，得到基础液；
S3、控制基础液温度在60～65℃，按质量比为(1～10):100混合添加剂和基础液，得到刻蚀液；
S4、控制刻蚀液温度为60～65℃，放入单晶硅制绒后的硅片，反应时间190～220S，得到抛光刻蚀完毕的硅片。
本发明的有益效果是：
1、本发明中提供了一种碱抛光刻蚀液添加剂，由于在碱抛腐蚀体系中存在同向腐蚀，腐蚀过程会产生张力的影响，张力的影响是固定常数，因此，在反应体系中加入表面活性剂，可以降低界面的表面张力，使润浸角减小，从而提高硅片的润湿性，随着表面活性剂的加入，腐蚀反应所产生的气泡就会更加快速的离开硅片表面，从而使单晶硅表面产生结构更加均匀的腐蚀台阶结构。
2、本发明的添加剂在加入到碱刻蚀反应液后能够使碱腐蚀反应更加平稳，有效的降低反应速率，同时可控制硅片的碱薄量和控制单晶硅的反射率，能够有效的去除制绒后的单晶硅表面的金字塔结构，形成台阶状态，同时可以去除硅片表面所吸附的杂质。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其各组分的质量百分含量为：维生素E为0.8％～1.5％，碘酸钠为0.4％～2％，葡萄糖酸钠为1％～3％，苹果酸为0.1％～0.2％，聚乙烯吡咯烷酮为0.01％～0.04％，羧甲基纤维素钠0.2％～0.5％，余量为水。
所述水为工业蒸馏水。
所述羧甲基纤维素钠的分子量为400～800。
单晶硅碱抛光刻蚀的方法，利用上述的刻蚀液对单晶硅进行碱抛光刻蚀，包括以下步骤：
S1、将质量百分比为0.8％～1.5％的维生素E，0.4％～2％的碘酸钠，1％～3％的葡萄糖酸钠，0.1％～0.2％的苹果酸为，0.01％～0.04％的聚乙烯吡咯烷酮，0.2％～0.5％的羧甲级纤维素钠，加入到余量的水中，控制温度105～115℃保温回流18～22小时，然后用氢氧化钾溶液将混合液调整为pH6～8，得到单晶硅抛光碱刻蚀添加剂；
S2、将体积比为4:96氢氧化钾溶液与水混合均匀，其中氢氧化钾溶液中溶质的浓度为48wt％，得到基础液；
S3、控制基础液温度在60～65℃，按质量比为(1～10):100混合添加剂和基础液，得到刻蚀液；
S4、控制刻蚀液温度为60～65℃，放入单晶硅制绒后的硅片，反应时间190～220S，得到抛光刻蚀完毕的硅片。
实施例1-3为本发明的碱抛光刻蚀添加剂在单晶硅碱抛光刻蚀中的具体运用。
实施例1中
将8g维生素E、4g碘酸钠、10g葡萄糖酸钠、1g苹果酸、0.1g聚乙烯吡咯烷酮、2g羧甲基纤维素钠和974.9g水相混合，控制温度110℃,回流反应20h,后用氢氧化钾调整PH6～8,得到抛光刻蚀添加剂；
量取40L48％质量浓度的氢氧化钾和96L水,混合搅拌均匀,得到基础液；
称取12g碱抛光刻蚀液和1000g基础液、控制温度为60℃,混合均匀,放入制绒完成后的单晶硅片,反应190s,得到抛光完毕的硅片。
实施例2中
混合10g维生素E、14g碘酸钠、20g葡萄糖酸钠、1.3g苹果酸、0.25g聚乙烯吡咯烷酮、3g羧甲基纤维素钠和951.45g水,控制温度120℃,回流反应22h,后用氢氧化钾调整PH6-8,得到抛光刻蚀添加剂
量取60L48％质量浓度的氢氧化钾和150L水,混合搅拌均匀,得到基础液；
称取50g碱抛光刻蚀液和1000g基础液、控制温度为62℃,混合均匀,放入制绒完成后的单晶硅片,反应200s,得到抛光完毕的硅片。
实施例3中
混合15g维生素E、20g碘酸钠、30g葡萄糖酸钠、2g苹果酸、0.4g聚乙烯吡咯烷酮、5g羧甲基纤维素钠和927.6g水,控制温度140℃,回流反应25h,后用氢氧化钾调整PH6～8,得到抛光刻蚀添加剂
量取80L48％质量浓度的氢氧化钾和180L水,混合搅拌均匀,得到基础液；
称取30g碱抛光刻蚀液和1000g基础液、控制温度为62℃,混合均匀,放入制绒完成后的单晶硅片,反应200s,得到抛光完毕的硅片。
对比例1为未添加碱抛光刻蚀添加剂的单晶硅碱抛光刻蚀。
对比例1与实施例3相比，对比例1中未添加抛光刻蚀添加剂，其余部分相同，具体步骤为：量取80L48％质量浓度的氢氧化钾和180L水,混合搅拌均匀,得到基础液；称取1000g基础液、控制温度为62℃，混合均匀，放入制绒完成后的单晶硅片,反应200s,得到抛光完毕的硅片。
实施例1-3为本发明的碱抛光刻蚀添加剂在单晶硅碱抛光刻蚀中的具体运用，对比例1为未添加碱抛光刻蚀添加剂的单晶硅碱抛光刻蚀，所得抛光效果如表1；
表1
| 分组 | 对比例1 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 反射率/％ | 35.46 | 43.32 | 43.27 | 43.30 |
| 开路电压/V | 0.6673 | 0.6809 | 0.6812 | 0.6807 |
| 短路电压/V | 8.3143 | 8.5514 | 8.5532 | 8.5529 |
| 减薄量/g | 0.51 | 0.32 | 0.28 | 0.30 |
实施例1-3中，其反射率大于43.2％，明显优于对比例1，且实施例1-3的减薄量能够控制在0.3g左右，保证经过碱抛光刻蚀后的单晶硅片具有一定的强度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其特征在于，其各组分的质量百分含量为：维生素E为0.8％～1.5％，碘酸钠为0.4％～2％，葡萄糖酸钠为1％～3％，苹果酸为0.1％～0.2％，聚乙烯吡咯烷酮为0.01％～0.04％，羧甲基纤维素钠0.2％～0.5％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其特征在于，所述水为工业蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠的分子量为400～800。
4.根据权利要求1所述的一种单晶硅抛光碱刻蚀添加剂，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
将质量百分比为0.8％～1.5％的维生素E，0.4％～2％的碘酸钠，1％～3％的葡萄糖酸钠，0.1％～0.2％的苹果酸为，0.01％～0.04％的聚乙烯吡咯烷酮，0.2％～0.5％的羧甲级纤维素钠，加入到余量的水中，控制温度105～115℃保温回流18～22小时，然后用氢氧化钾溶液将混合液调整为pH6～8，得到单晶硅抛光碱刻蚀添加剂。
5.用于单晶硅碱抛光刻蚀液，其特征在于，所述刻蚀液包括权利要求1-4任一所述的单晶硅抛光碱刻蚀添加剂和基础液，所述单晶硅抛光碱刻蚀添加剂与基础液的质量比为(1.2～10):100。
6.根据权利要求5所述的用于单晶硅碱抛光刻蚀液，其特征在于，所述基础液为氢氧化钾溶液与水混合制得，氢氧化钾溶液与水的体积比为4:96，氢氧化钾溶液中溶质的浓度为48wt％。
7.单晶硅碱抛光刻蚀的方法，其特征在于，利用权利要求5-6中任一项所述的刻蚀液对单晶硅进行碱抛光刻蚀。
8.根据权利要求7所述的单晶硅碱抛光刻蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备单晶硅抛光碱刻蚀添加剂；
S2、将体积比为4:96氢氧化钾溶液与水混合均匀，其中氢氧化钾溶液中溶质的浓度为48wt％，得到基础液；
S3、控制基础液温度在60～65℃，按质量比为(1～10):100混合添加剂和基础液，得到刻蚀液；
S4、控制刻蚀液温度为60～65℃，放入单晶硅制绒后的硅片，反应时间190～220S，得到抛光刻蚀完毕的硅片。
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