CN118087049A - 一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂及其应用；制绒添加剂包括如下质量分数的组分：成核剂0.2～2.0wt%，成核增强剂0.2～4.0wt%，分散剂0.2～3.0wt%，绒面稳定剂0.2～4.0wt%，表面活性剂0.5～6.0wt%，制绒加速剂0.5～6.0wt%，以及去离子水余量；其中：所述的成核剂中富含有羟基和羧基强极性基团；所述的成核增强剂中含有疏水基团；所述的表面活性剂选用糖苷类表面活性剂。应用：将制绒添加剂与碱液混合，形成制绒液，然后用于对硅片表面进行制绒；制绒过程为：将清洗后的硅片浸入所述制绒液中并在78～85℃下进行300～400秒的表面制绒。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池片技术领域，具体涉及一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂及其应用。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源，而且我国太阳能资源丰富，利用太阳能无疑已是解决化石能源产生生态环境问题的高效路径。单晶硅太阳能电池工艺技术成熟，转换效率高，已成为主流晶硅太阳能电池；如何提高太阳能电池的效率已成为各生产厂家为保持自身在行业内有力的竞争力的首要问题。
单晶制绒作为单晶硅太阳能电池制造的首道工序，即在单晶硅片表面制备出金字塔状的绒面结构，在硅片表面进行多次的反射和折射，以降低对太阳光的反射率，从而提高电池的电流密度，获得更高的光电转换效率。不同成分的制绒液会得到不同的绒面，为得到尺寸均匀、低反射率且反应迅速的绒面。目前，单晶硅制绒片形成的绒面结构均为常见的近似于金字塔的结构，由于太规则且对太阳光的反射面仍偏少，致使反射率基本在10～13%，研究者们一直对制绒添加剂的成分进行改良，以期待获得具有不同形貌的更低反射率的单晶硅制绒片。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前的硅片制绒添加剂在制绒后存在绒面反射率较高（10～13%）的问题，而提供了一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，在单晶硅片的制绒液中添加本发明的制绒添加剂，能得到反射率低至8.0%左右的的单晶制绒片。
为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，所述的制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
成核剂0.2～2.0wt%，成核增强剂0.2～4.0wt%，分散剂0.2～3.0wt%，绒面稳定剂0.2～4.0wt%，表面活性剂0.5～6.0wt%，制绒加速剂0.5～6.0wt%，以及去离子水余量；
其中：所述的成核剂中富含有羟基和羧基强极性基团；所述的成核增强剂中含有疏水基团；所述的表面活性剂选用糖苷类表面活性剂。
具体的，将本发明提供的制绒添加剂应用于单晶硅制绒工艺中，可获得具有“囊状”的绒面结构，这种绒面结构相较于传统的金字塔绒面结构凹凸不规则，绒面的表面褶皱不光滑，对太阳光的吸收作用更强，制绒片的反射率低至8%左右，进而有效提高了太阳能电池片的光电转换效率。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述的成核剂为聚半乳糖醛酸钠盐。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述的成核增强剂为聚茴香磺酸钠。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述的分散剂选用木质素磺酸钠、聚丁基萘磺酸钠中的至少一种。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述的绒面稳定剂选自3-羟基-4-甲氧基苯甲醇、3-羟基-4-甲氧基苯甲酸、二羟丙茶碱、异香荚兰醇中一种或几种的混合物。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述的表面活性剂为选自辛癸基葡萄糖苷、月桂基葡萄糖苷中的至少一种。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述成核增强剂的含量为成核剂的2倍。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂：所述的制绒加速剂选用对甲苯磺酸钠、间苯磺酸钠、吲哚丁酸钾中一种或几种的混合物。
一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂的应用，将上述的制绒添加剂与碱液混合，形成制绒液，然后用于对硅片表面进行制绒；
其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入所述制绒液中并在78～85℃下进行300～400秒的表面制绒。
进一步的，一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂的应用：所述制绒添加剂与碱液的体积比为（0.3～2.0）：100；所述的碱液为浓度0.5～1.0wt%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供了一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，在单晶硅片的制绒液中添加本发明的添加剂，能得到有别于常规金字塔绒面的不规则异型“囊状”结构的绒面，其反射率低至8%左右，可以提高硅片对光的吸收，进而提高硅片的光电转换效率。
（2）本发明中采用的成核剂具有较好的亲水性，其分子结构中含有大量的羟基和羧基强极性基团（聚半乳糖醛酸钠盐），易与硅片表面的Si-H形成强氢键对绒面进行修饰，从而降低反射率，同时羧基结构增强了水溶性，使其能更均匀的溶解在水中；采用的成核增强剂（聚茴香磺酸钠）凭借苯环与硅片表面的Si-H键形成芳香氢键作用，吸附在硅片表面，亦作为成核点，苯环上的疏水烯丙基基团能再次提升苯环的疏水性，增强成核能力；成核剂与成核增强剂链段之间也更易互相结合，由线成面，在硅片表面形成“面”吸附；成核剂与成核增强剂的吸附点以及协同吸附面，增加了硅片表面各区域反应速率差，使得晶面上不仅有“点腐蚀”，还有“面腐蚀”，这种点、面推进的腐蚀方式使碱对单晶硅腐蚀速度产生差，绒面更加偏离(111)晶面。随着腐蚀的进行，绒面位错并搭碎绒，持续腐蚀后，绒面纵横交错，形成异型囊状绒面，这种抑制腐蚀性，由于成核剂和成核增强剂的缠绕吸附，反应生成物不能很快速的从硅片表面脱除，亦形成了不规则的结构，同时在塔尖处会形成微结构，降低反射率。相比常规的金字塔结构，本发明制绒添加剂形成的“囊状”绒面对光线的反射点更多，无论光路从任何方向照射，更多的反射面都会使光具有更多的二次反射、三次反射以及多次反射等过程，从而进一步提高了制绒后硅片对光的吸收，有效降低了反射率。
（3）本发明中采用的绒面调节剂（包括第一、第二绒面调节剂）可以保持硅片在制绒过程减重稳定的同时，稳定绒面形貌不发生较大的变化，从而保持塔结构的尺寸和分布特征，利于降低反射率。
（4）本发明采用的糖苷表面活性剂能够显著降低水的表面张力，使成核剂分散均匀，硅片表面生成的氢气更易快速脱离，不会出现析出现象，稳定在硅表面的吸附状态，同时能够加速料液对硅表面的浸润，界面张力的降低，使反应生成的气泡快速脱离；表面活性剂能够提升成核剂吸附在硅表面的均匀性，缩小硅片表面各区域反应速率差，降低气液固三相界面张力，促进反应生成的气泡快速离开硅片表面。
（5）本发明中采用的制绒加速剂其一方面能够缩短制绒时间，另一方面还能接减少制绒过程中碱的用量，有利于成本的降低。
与现有的制绒添加剂相比，本发明提供的制绒添加剂能够在硅片制绒过程中形成“囊状”的绒面结构，该绒面结构对太阳光的吸收作用更强，反射率更低，有利于电池片光电转换效率的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例2中单晶硅片制绒得到的“囊状”绒面结构的扫描电镜平面图；
图2为本发明对比例1中单晶硅片制绒得到的绒面结构的扫描电镜平面图。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
实施例1
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，该制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
聚半乳糖醛酸钠盐0.2wt%，聚茴香磺酸钠0.2wt%，木质素磺酸钠1.0wt%，3-羟基-4-甲氧基苯甲醇0.2wt%，辛癸基葡萄糖苷2.0wt%，对甲苯磺酸钠2.0wt%，以及余量的去离子水。
应用：将上述实施例1的制绒添加剂与浓度1.0wt%的氢氧化钠溶液按体积比0.6：100进行搅拌混合，以形成制绒液，然后将该制绒液用于对硅片表面进行制绒，其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入制绒液中并在81℃下进行360秒的制绒，完成硅片制绒。
实施例2
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，该制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
聚半乳糖醛酸钠盐0.2wt%，聚茴香磺酸钠0.4wt%，木质素磺酸钠1.0wt%，3-羟基-4-甲氧基苯甲醇0.2wt%，辛癸基葡萄糖苷2.0wt%，对甲苯磺酸钠2.0wt%，以及余量的去离子水。
应用：将上述实施例2的制绒添加剂与浓度1.0wt%的氢氧化钠溶液按体积比0.6：100进行搅拌混合，以形成制绒液，然后将该制绒液用于对硅片表面进行制绒，其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入制绒液中并在81℃下进行360秒的制绒，完成硅片制绒。
实施例2与实施例1的区别在于：实施例2中聚茴香磺酸钠的浓度为聚半乳糖醛酸钠盐的2倍，其余条件相同。
实施例3
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，该制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
聚半乳糖醛酸钠盐1.0wt%，聚茴香磺酸钠1.5wt%，聚丁基萘磺酸钠2.0wt%，异香荚兰醇1.0wt%，月桂基葡萄糖苷1.0wt%，吲哚丁酸钾1.0wt%，以及余量的去离子水。
应用：将上述实施例3的制绒添加剂与浓度0.5wt%的氢氧化钠溶液按体积比1.0：100进行搅拌混合，以形成制绒液，然后将该制绒液用于对硅片表面进行制绒，其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入制绒液中并在78℃下进行380秒的制绒，完成硅片制绒。
实施例4
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，该制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
聚半乳糖醛酸钠盐2.0wt%，聚茴香磺酸钠3.5wt%，木质素磺酸钠2.5wt%，二羟丙茶碱3.0wt%，月桂基葡萄糖苷4.0wt%，间苯磺酸钠3.5wt%，以及余量的去离子水。
应用：将上述实施例4的制绒添加剂与浓度0.6wt%的氢氧化钠溶液按体积比2.0：100进行搅拌混合，以形成制绒液，然后将该制绒液用于对硅片表面进行制绒，其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入制绒液中并在85℃下进行310秒的制绒，完成硅片制绒。
对比例1
将由常州时创能源股份有限公司早期研发生产的单晶硅制绒添加剂（产品型号为TS55）与浓度1.0wt%的氢氧化钠溶液，按照体积比0.6：100混合搅拌均匀，配成制绒液；然后将单晶硅片清洗后浸入上述制绒液中进行表面制绒，制绒温度81℃，制绒时间为420秒，从而完成硅片制绒。
对比例2
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，该制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
聚茴香磺酸钠0.4wt%，木质素磺酸钠1.0wt%，3-羟基-4-甲氧基苯甲醇0.2wt%，辛癸基葡萄糖苷2.0wt%，对甲苯磺酸钠2.0wt%，以及余量的去离子水。
应用：将上述对比例2的制绒添加剂与浓度1.0wt%的氢氧化钠溶液按体积比0.6：100进行搅拌混合，以形成制绒液，然后将该制绒液用于对硅片表面进行制绒，其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入制绒液中并在81℃下进行360秒的制绒，完成硅片制绒。
上述对比例2与实施例2的区别在于：对比例2的制绒添加剂中未使用聚半乳糖醛酸钠盐，其余与实施例2相同。
对比例3
提供一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，该制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
聚半乳糖醛酸钠盐0.2wt%，木质素磺酸钠1.0wt%，3-羟基-4-甲氧基苯甲醇0.2wt%，辛癸基葡萄糖苷2.0wt%，对甲苯磺酸钠2.0wt%，以及余量的去离子水。
应用：将上述对比例3的制绒添加剂与浓度1.0wt%的氢氧化钠溶液按体积比0.6：100进行搅拌混合，以形成制绒液，然后将该制绒液用于对硅片表面进行制绒，其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入制绒液中并在81℃下进行360秒的制绒，完成硅片制绒。
上述对比例3与实施例2的区别在于：对比例3的制绒添加剂中未使用聚茴香磺酸钠，其余与实施例2相同。
测试：
（1）对上述实施例1～4以及对比例1～3制绒后的硅片进行反射率测试，反射率测试仪器采用NXT Helios-rc反射率测试仪，将硅片的正、反面分别测试得到的反射率取平均值作为平均反射率，其测试结果如下：
| 组别 | 平均反射率 |
| 实施例1 | 8.73% |
| 实施例2 | 8.16% |
| 实施例3 | 8.62% |
| 实施例4 | 8.95% |
| 对比例1 | 10.35% |
| 对比例2 | 9.27% |
| 对比例3 | 9.15% |
由上述的实施例1～4与对比例1～3的测试结果可以看出，本发明的制绒添加剂具有明显的降低反射率的效果，可以极大降低制绒硅片的反射率，使得电池片对太阳光的吸收作用更强，进而可以有效提高太阳能电池片的光电转换效率。
同时，由实施例2与实施例1的对比也可以看出，在保持其他条件不变的情况下，通过优化聚茴香磺酸钠（成核增强剂）与聚半乳糖醛酸钠盐（成核剂）之间的配比，可以进一步实现反射率的降低。
（2）将实施例2和对比例1制绒后的单晶硅片分别进行扫描电镜（SEM）分析，其扫描电镜结果分别如图1和图2所示；由图1可以看出本发明制绒添加剂得到的单晶硅片，其表面具有明显的“囊状”绒面结构，由图2可以看出采用现有的制绒添加剂制得的单晶硅片表面具有金字塔状的光滑绒面结构，导致其在反射率上要明显高于本申请，因此这种绒面会造成电池片对太阳光的吸收作用不如本申请的强，其太阳能电池片的光电转换效率要低于本申请方案。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的制绒添加剂包括如下质量分数的组分：
成核剂0.2～2.0wt%，成核增强剂0.2～4.0wt%，分散剂0.2～3.0wt%，绒面稳定剂0.2～4.0wt%，表面活性剂0.5～6.0wt%，制绒加速剂0.5～6.0wt%，以及去离子水余量；
其中：所述的成核剂中富含有羟基和羧基强极性基团；所述的成核增强剂中含有疏水基团；所述的表面活性剂选用糖苷类表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的成核剂为聚半乳糖醛酸钠盐。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的成核增强剂为聚茴香磺酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的分散剂选用木质素磺酸钠、聚丁基萘磺酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的绒面稳定剂选自3-羟基-4-甲氧基苯甲醇、3-羟基-4-甲氧基苯甲酸、二羟丙茶碱、异香荚兰醇中一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的表面活性剂为选自辛癸基葡萄糖苷、月桂基葡萄糖苷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述成核增强剂的含量为成核剂的2倍。
8.根据权利要求1所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂，其特征在于，所述的制绒加速剂选用对甲苯磺酸钠、间苯磺酸钠、吲哚丁酸钾中一种或几种的混合物。
9.一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂的应用，其特征在于，将权利要求1～8任一项所述的制绒添加剂与碱液混合，形成制绒液，然后用于对硅片表面进行制绒；
其制绒过程为：将清洗后的硅片浸入所述制绒液中并在78～85℃下进行300～400秒的表面制绒。
10.根据权利要求9所述的一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂的应用，其特征在于，所述制绒添加剂与碱液的体积比为（0.3～2.0）：100；所述的碱液为浓度0.5～1.0wt%的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
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| CN202410189294.0A CN118087049A (zh) | 2024-02-20 | 2024-02-20 | 一种用于制备低反太阳能电池片的制绒添加剂及其应用 |
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