CN118909552B - 一种高反射单晶硅碱抛添加剂、碱抛液及制备方法与用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高反射单晶硅碱抛添加剂、碱抛液及制备方法与用途。所述高反射单晶硅碱抛添加剂包括质量份如下的各组分：保护剂1‑2份；抛光剂1‑5份；表面活性剂0.1‑1份；缓蚀剂0.5‑2份；去离子水60‑80份。所述保护剂为硅醚类化合物；所述抛光剂为含锂化合物；所述表面活性剂为十二烷基葡糖苷、癸基葡糖苷、吡喃葡萄糖苷和邻硝基苯‑β‑D‑吡喃半乳糖苷中的一种或多种；所述缓蚀剂为聚谷氨酸、聚赖氨酸、间羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸中的一种或多种。本发明添加有碱抛添加剂的碱抛液能改善硅片的抛光效果，实现高选择性腐蚀，最终得到高反射背抛面的单晶硅片，进而提高太阳能电池转换效率。

Description

一种高反射单晶硅碱抛添加剂、碱抛液及制备方法与用途

技术领域

本发明涉及碱抛液技术，尤其涉及一种高反射单晶硅碱抛添加剂、碱抛液及制备方法与用途。

背景技术

随着太阳能电池技术的不断发展，对单晶硅片的表面质量和性能要求日益提高。单晶硅片的碱抛光是太阳能电池制造过程中的关键步骤之一，直接影响硅片的表面平整度、反射率和最终电池的转换效率。碱抛工艺的目的是去除硅片表面的缺陷和污染物，使硅片表面达到一定的平整度和微粗糙度，有利于电池片制作和电子迁移。碱抛工艺通常采用氢氧化钠或氢氧化钾作为处理液，以控制不同硅片的粗糙度。在碱抛过程中，由于反应剂的极性和浓度，经常会出现非均匀腐蚀的情况。这时，就需要添加一些化学添加剂，以使反应液在硅片表面均匀分布，从而得到均匀的表面粗糙度。

在碱抛过程中，添加剂能够形成一定的分散体系，控制反应液的粘度和表面张力，降低表面缺陷和非均匀腐蚀。此外，添加剂还能形成一层保护膜，保护硅片表面不被过度腐蚀，从而实现精确控制硅片的表面粗糙度。碱抛添加剂的另一个作用还能够改善反应液与硅片表面的相互作用，使得硅片表面形成所需的微观结构。通过调节氢氧化钠或氢氧化钾等物质的浓度和酸碱度状况，从而达到调节硅片表面反应速度的目的，提高硅片的转化效率。因此，研发高反射单晶硅碱抛添加剂，对于提高太阳能电池的性能和具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前碱抛液抛光效果有待提高的问题，提出一种高反射单晶硅碱抛添加剂，在碱抛液中添加碱抛添加剂能改善硅片的抛光效果，实现高选择性腐蚀，最终得到高反射背抛面的单晶硅片，进而提高太阳能电池转换效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高反射单晶硅碱抛添加剂，包括质量份如下的各组分：

保护剂 1-2份；

抛光剂 1-5份；

表面活性剂 0.1-1份；

缓蚀剂 0.5-2份；

去离子水 60-80份；

所述保护剂为硅醚类化合物；

所述抛光剂为含锂化合物。

进一步地，所述保护剂为叔丁基二甲基甲硅烷基缩水甘油醚、叔丁基二甲基烯丙基硅醚和1,3-双（氨丙烷基）四甲基二硅醚中的一种或多种。

进一步地，所述保护剂优选为叔丁基二甲基甲硅烷基缩水甘油醚。

进一步地，所述保护剂为1.5-2份。

本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的保护剂为硅醚类化合物，其中含有的甲硅烷基能与硅表面的羟基（-OH）或其他活性基团发生化学反应，在硅片表面形成一层保护膜，从而降低抛光过程中对硅片表面的损伤，保护硅片正面的PN结不被破坏。

进一步地，所述抛光剂为甲基丙烯酸锂、六氟磷酸锂和异丙基氯化镁-氯化锂中的一种或多种。

进一步地，所述抛光剂优选为甲基丙烯酸锂。

进一步地，所述抛光剂为3-5份。

本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的抛光剂依靠晶格原子各向同性将制绒的角锥体抛平，同时去除硼扩散中背面和绕扩硼硅玻璃。同时，保护剂与抛光剂协同作用，一方面，硅醚类化合物与锂化合物反应生成硅醇（Si-OH）或硅烷（Si-H），可以与硅片表面的硅原子形成硅氧键，增强硅片表面的亲水性和润湿性。另一方面，由于保护膜的存在，抛光剂可以更加均匀、平稳地在硅片表面进行抛光，这有助于提高抛光效率和质量。

进一步地，所述表面活性剂为十二烷基葡糖苷、癸基葡糖苷、吡喃葡萄糖苷和邻硝基苯-β-D-吡喃半乳糖苷中的一种或多种。

进一步地，所述表面活性剂优选为吡喃葡萄糖苷。

进一步地，所述表面活性剂为0.1-0.5份。

本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的表面活性剂能降低抛光液与硅片表面之间的接触角，使抛光液更容易渗透到硅片表面的微观结构中，从而更有效地去除表面缺陷和污染物，使整个表面更加均匀。

进一步地，所述缓蚀剂为聚谷氨酸、聚赖氨酸、间羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸中的一种或多种。

进一步地，所述缓蚀剂优选为聚谷氨酸。

进一步地，所述缓蚀剂为0.5-1份。

本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的缓蚀剂能控制碱抛过程中的反应速率，并减少反应过程中碱用量，延长碱抛液使用寿命。

本发明的另一个目的还公开了一种高反射单晶硅碱抛添加剂的制备方法，包括以下步骤：

在室温条件下，向去离子水中依次加入保护剂、抛光剂、表面活性剂和缓蚀剂，搅拌至完全溶解后再搅拌1-2小时，得到高反射单晶硅碱抛添加剂。

本发明的另一个目的还公开了一种高反射单晶硅碱抛添加剂在碱抛液领域的用途。

本发明的另一个目的还公开了一种碱抛液，包括所述高反射单晶硅碱抛添加剂、碱和去离子水。

进一步地，所述碱抛液中高反射单晶硅碱抛添加剂、碱和去离子水的质量比为0.3-1：0.75-1.5：100。

进一步地，所述碱抛液中高反射单晶硅碱抛添加剂、碱和去离子水的质量比优选为0.3-0.5：0.75-1：100。

进一步地，所述碱抛液中高反射单晶硅碱抛添加剂、碱和去离子水的质量比更优选为0.3：1：100。

进一步地，所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

本发明的另一个目的还公开了一种碱抛液的制备方法，包括以下步骤：将高反射单晶硅碱抛添加剂和碱加入到去离子水中搅拌混合均匀制备得到碱抛液。

进一步地，所述去离子水温度为60-65℃。

进一步地，所述去离子水温度优选为62℃。

本发明的另一个目的还公开了一种碱抛液在硅片抛光领域的用途。

进一步地，采用所述碱抛液抛光硅片的方法如下：

S1：抛光前采用预清洗液进行硅片预清洗；

S2：将预清洗后的硅片放入去离子水中浸泡80-120s，取出后置于碱抛液中抛光，所述抛光时间为190s-240s，所述抛光温度为60℃-65℃。

进一步地，S1中所述预清洗液包括碱、双氧水和去离子水。

进一步地，S1中所述预清洗液中碱、双氧水和去离子水的质量比为0.2-0.5：0.3-1.5：100。

进一步地，所述预清洗液中碱、双氧水和去离子水的质量比优选为0.2：0.5：100。

进一步地，S1中所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

进一步地，S1中所述预清洗时间为110s-250s，所述预清洗温度为60℃-63℃。

进一步地，S1中所述预清洗时间优选为190s，所述预清洗温度优选为61℃。

进一步地，S2中将预清洗后的硅片放入去离子水中浸泡100s。

进一步地，S2中所述抛光时间优选为200s，所述抛光温度优选为62℃。

本发明高反射单晶硅碱抛添加剂、碱抛液及制备方法与用途，与现有技术相比较具有以下优点：

1）、本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的保护剂为硅醚类化合物，其中含有的甲硅烷基能与硅表面的羟基（-OH）或其他活性基团发生化学反应，形成一层保护膜在硅片表面，从而降低抛光过程中对硅片表面的损伤，保护硅片正面的PN结不被破坏；所述抛光剂依靠晶格原子各向同性将制绒的角锥体抛平，同时去除硼扩散中背面和绕扩硼硅玻璃。同时，保护剂与抛光剂协同作用，一方面，硅醚类化合物与锂化合物反应生成硅醇（Si-OH）或硅烷（Si-H），可以与硅片表面的硅原子形成硅氧键，增强硅片表面的亲水性和润湿性。另一方面，由于保护膜的存在，抛光剂可以更加均匀、平稳地在硅片表面进行抛光，这有助于提高抛光效率和质量。

2）、本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的表面活性剂能降低碱抛液与硅片表面之间的接触角，使碱抛液更容易渗透到硅片表面的微观结构中，从而更有效地去除表面缺陷和污染物，使整个表面更加均匀。

3）、本发明的高反射单晶硅碱抛添加剂中的缓蚀剂能控制碱抛过程中的反应速率，并减少反应过程中碱用量，延长碱抛液使用寿命。

4）、添加有高反射单晶硅碱抛添加剂的碱抛液能改善硅片的抛光效果，实现高选择性腐蚀，即保护硅片正面硼扩后氧化硅镀膜不被腐蚀，背面腐蚀出现塔基，最终得到高反射背抛面的单晶硅片，进而提高太阳能电池转换效率。

附图说明

图1为使用实施例7的碱抛液碱抛后抛光背面暗场光学显微镜放大500倍图片；

图2为使用实施例7的碱抛液碱抛后抛光正面暗场光学显微镜放大500倍图片；

图3为使用对比例4的碱抛液碱抛后抛光背面暗场光学显微镜放大500倍照片；

图4为使用对比例4的碱抛液碱抛后抛光正面暗场光学显微镜放大500倍照片。

具体实施方式

以下，结合实施例对本发明进一步说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：

如无特殊声明，本说明书中所使用的单位均为国际标准单位，并且本发明中出现的数值，数值范围，均应当理解为包含了工业生产中所不可避免的系统性误差。

本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。

本说明书中，使用“以上”或“以下”表示的数值范围是指包含本数的数值范围。

本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。

本说明书中，使用“任选”或“任选的”表示某些物质、组分、执行步骤、施加条件等因素使用或者不使用。

本说明书中，使用“常温”、“室温”时，其温度可以是15-25℃。

本说明书中，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1-6

实施例1-6公开了多种高反射单晶硅碱抛添加剂，其包含的组分及质量配比如表1所示。其制备方法如下：在室温条件下，将去离子水先加入容器中，然后依次加入保护剂、抛光剂、表面活性剂和缓蚀剂，搅拌至完全溶解后再搅拌2小时，得到高反射单晶硅碱抛添加剂。

表1实施例1-6高反射单晶硅碱抛添加剂的组分及质量配比

对比例1-3

对比例1-3公开了多种碱抛添加剂，其组分及质量配比如表2所示，其制备方法与实施例1相同。

表2对比例1-3碱抛添加剂的组分及质量配比

实施例7-12

实施例7-12公开了多种碱抛液，分别包括实施例1-6所述碱抛添加剂、氢氧化钠和去离子水，所述碱抛添加剂、氢氧化钠和去离子水的质量比为0.3：1：100。

所述碱抛液的制备方法如下：将高反射单晶硅碱抛添加剂和氢氧化钠加入到62℃去离子水中搅拌混合均匀制备得到碱抛液。

对比例4-6

对比例4-6公开了多种碱抛液，包括对比例1-3所述碱抛添加剂、氢氧化钠和去离子水，所述碱抛添加剂、氢氧化钠和去离子水的质量比为0.3：1：100。所述碱抛液的制备方法与实施例7相同。

下面对实施例7-12和对比例4-6碱抛液的各种性能进行测试。

预清洗液的制备：将氢氧化钠和双氧水加入到61℃的去离子水中搅拌混合均匀制备得到预清洗液，其中氢氧化钠、双氧水和去离子水的质量比为0.2：0.5：100。

分别使用实施例7-12和对比例4-6碱抛液进行单晶硅背面抛光。单晶硅背面抛光方法如下：先将硼扩后的单晶硅片放入61℃预清洗液中，反应190s后，取出硅片放入去离子水中浸泡100s，取出后在碱抛液中放入预清洗后的单晶硅片，62℃条件下，抛光200s后，取出硅片立即使用去离子水进行冲洗20s，然后使用乙醇冲洗10s后放入50℃烘箱中进行干燥。

性能测试：

平均反射率测试：使用膜厚仪测量绝对反射率，然后对所得数据进行积分处理，得加权平均反射率。

塔基尺寸测试：使用光学显微镜在暗场模式下，量取塔基两长边距离。

实施例7-12和对比例4-6碱抛液的性能测试数据如表3所示：

表3性能测试数据

对比表3中的数据可以看出，实施例7-12碱抛液（分别含有实施例1-6高反射单晶硅碱抛添加剂的碱抛液）进行抛光，实施例7-12所得硅片的塔基尺寸符合要求和完整性更好，实现更高的反射率；而对比例4-6碱抛液（分别含有对比例1-3碱抛添加剂的碱抛液）所得硅片的塔基尺寸偏小，完整性差，反射率低，将导致后续电池性能较差。

实施例7碱抛液进行抛光所得硅片背面塔基（见图1）比使用对比例4碱抛液所得硅片背面塔基（见图3）更均匀完整，实施例7碱抛液进行抛光所得硅片正面绒面（见图2）比使用对比例4碱抛液所得硅片正面绒面（见图4）保护性更好，即正面氧化硅薄膜未被腐蚀，实施例7碱抛液实现了对正面绒面的保护。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高反射单晶硅碱抛添加剂，其特征在于，包括质量份如下的各组分：

保护剂 1-2份；

抛光剂 1-5份；

表面活性剂 0.1-1份；

缓蚀剂 0.5-2份；

去离子水 60-80份；

所述保护剂为叔丁基二甲基甲硅烷基缩水甘油醚、叔丁基二甲基烯丙基硅醚和1,3-双（氨丙烷基）四甲基二硅醚中的一种或多种；

所述抛光剂为甲基丙烯酸锂、六氟磷酸锂和异丙基氯化镁-氯化锂中的一种或多种；

所述表面活性剂为十二烷基葡糖苷、癸基葡糖苷、吡喃葡萄糖苷和邻硝基苯-β-D-吡喃半乳糖苷中的一种或多种；

所述缓蚀剂为聚谷氨酸、聚赖氨酸、间羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸中的一种或多种。

2.一种权利要求1所述高反射单晶硅碱抛添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在室温条件下，向去离子水中依次加入保护剂、抛光剂、表面活性剂和缓蚀剂，搅拌至完全溶解后再搅拌1-2小时，得到高反射单晶硅碱抛添加剂。

3.一种权利要求1所述高反射单晶硅碱抛添加剂在碱抛液领域的用途。

4.一种碱抛液，其特征在于，包括权利要求1所述高反射单晶硅碱抛添加剂、碱和去离子水；

所述碱抛液中高反射单晶硅碱抛添加剂、碱和去离子水的质量比为0.3-1：0.75-1.5：100。

5.根据权利要求4所述碱抛液，其特征在于，所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

6.一种权利要求4所述碱抛液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高反射单晶硅碱抛添加剂和碱加入到去离子水中搅拌混合均匀制备得到碱抛液。

7.一种权利要求4或5所述碱抛液在硅片抛光领域的用途。

8.根据权利要求7所述用途，其特征在于，采用所述碱抛液抛光硅片的方法如下：

S1：抛光前采用预清洗液进行硅片预清洗；

S2：将预清洗后的硅片放入去离子水中浸泡，取出后置于碱抛液中抛光，所述抛光时间为190s-240s，所述抛光温度为60℃-65℃。