一种易清洗的单晶硅制绒添加剂及其使用方法与流程

本发明涉及太阳能电池表面处理，具体涉及一种易清洗的单晶硅制绒添加剂及其使用方法。

背景技术：

1、太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的器件，是基于光伏电池片的光生伏特效应—电池吸收光子，在光电转化核心pn结处产生、分离电子或空穴少数载流子，少数载流子通过在pn结处内建电场的漂移以及浓度差驱动扩散到电池表面的电极，从电极导出形成直流电。光伏电池片的主要制造环节包括制绒、扩散、镀膜、金属化等多个工序。其中：pn结的形成是在扩散工艺段完成，制绒作为第一道工序，在硅片表面通过一定浓度的naoh和制绒添加剂碱刻蚀形成表面绒面，而硅片表面残留有机物会使得pn结形成过程中引入杂质，会减弱扩散工艺的提效。制绒添加剂可降低硅片表面张力，促进刻蚀过程产生的氢气泡的脱离，增强刻蚀的各向异性，增强绒面结构的均匀性。绒面形成过程中，制绒添加剂中绒面成核剂首先要吸附于硅表面加速或者减慢碱与不同晶面的硅反应速度，然后进入酸洗过程中和碱洗后硅片表面的碱液以及去除硅片表面的二氧化硅氧化层，形成疏水表面，为扩散制结做准备。但是，目前制绒添加剂组分中广泛使用的绒面成核剂是水溶性高分子物质，其存在与硅表面的强吸附特性和位阻效应，使其在水洗和酸洗中仍会部分残留在硅片表面难以通过酸洗去除，进而会导致后续扩散均匀性变差，因此，需要探究一种提高制绒后硅片表面有机成分快速脱除的易于清洗的制绒添加剂方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前的制绒添加剂存在制绒后会部分残留在硅片表面难以去除的问题，而开发了一种组分易清洗的单晶硅制绒添加剂，解决了现有的制绒添加剂所面临的问题。

2、为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、提供一种易清洗的单晶硅制绒添加剂，所述的制绒添加剂包括如下质量分数的组分：

4、绒面主成核剂0.01～0.2wt%，绒面辅助成核剂0.01～2.0wt%，分散剂0.01～2.0wt%，助溶剂0.1～1.0wt%，以及去离子水余量；

5、其中：所述的绒面主成核剂选用淀粉类高分子化合物；所述的绒面辅助成核剂选用噻唑酮类化合物。

6、具体的，为了满足光伏行业对制绒后硅片疏水和清洗性能更高层次的要求，本发明提供了一种可以改善单晶硅制绒添加剂清洗性的配方，该制绒添加剂能够在保证无醇环保、无刺激性气味、快速制绒的前提下，实现与现有的制绒添加剂相比，具有金字塔的形貌特征、大小高宽、比表面积相近且均匀的特点；同时具有在制绒后硅片表面表现出更加疏水易清洗，且在清洗后硅片toc含量更低的特点。

7、进一步的，一种易清洗的单晶硅制绒添加剂：所述的绒面主成核剂选自羧甲基淀粉钠，羧甲基淀粉，羟丙基淀粉，羟乙基淀粉，辛烯基琥珀酸淀粉钠中任一种或几种。

8、进一步的，一种易清洗的单晶硅制绒添加剂：所述的绒面辅助成核剂选自1-甲基-2-苯并咪唑啉酮，6-硝基-2-苯并噻唑啉酮，2-噻唑烷酮中任一种或几种。

9、进一步的，一种易清洗的单晶硅制绒添加剂：所述的分散剂选自十二烷基乙酸，十二烷基硫酸钠，辛酸钠，月桂基磺化琥珀酸单酯二钠，油酸钠，亚甲基双萘磺酸钠中任一种或几种。

10、进一步的，一种易清洗的单晶硅制绒添加剂：所述的助溶剂选自苯甲酸钠，水杨酸钠，对氨基苯甲酸，异丙苯磺酸钠，甲苯磺酸钠，尿素，异丙醇中任一种或几种。

11、一种易清洗的单晶硅制绒添加剂的使用方法，将上述的制绒添加剂与碱液混合形成制绒液，以用于对单晶硅进行表面制绒。

12、进一步的，一种易清洗的单晶硅制绒添加剂的使用方法：所述制绒添加剂与碱液的体积比为（0.2～4.0）：100；所述的碱液选用浓度1.0～2.0wt%的氢氧化钠溶液。

13、进一步的，一种易清洗的单晶硅制绒添加剂的使用方法：对单晶硅制绒的过程为：将预清洗后的单晶硅片浸入所述制绒液中并在79～84℃下进行400～480秒的表面制绒。

14、与现有的制绒添加剂相比，本发明开发的制绒添加剂能够使得制绒后硅片表面残留有机成分更易被清洗去除，极大地降低了现有制绒添加剂中难脱附组分对后续扩散工艺的影响，进而提高了硅片的光电转换效率。

15、本发明的有益效果：

16、（1）本发明制绒添加剂中选用的这种绒面主成核剂，其相较于现有制绒添加剂中成核剂与硅片的吸附性能较弱，具有更好的脱附效果。本发明的绒面主成核剂选用淀粉类高分子化合物，其含有大量的羟基活泼基团倾向于与硅片表面si-h形成氢键作用，从而吸附在硅片表面，修饰绒面，结合其本身的位阻空间阻隔碱的刻蚀，降低此处硅原子的反应活性，使其成为金字塔绒面的成核点，同时在硅表面形成阻隔层及降低制绒液表面张力，限制反应生成的气泡大小和扩散，使气泡不易形成或迅速破裂，使反应生成的气泡快速脱离，从而有效去除制绒液中的气泡。辅助成核剂选用噻唑酮类化合物，其通过分子中氮和氧原子能够与si-h之间形成氢键，形成绒面成核点；更重要的是可与淀粉中羟基形成氢键吸引里并形成稳定的界面共同体，这种氢键有助于增强淀粉溶解性和脱附性，使得制绒添加剂易于清洗。此外，辅助成核剂具有的疏水基团使其具备亲脂性，对反应生成的硅酸钠有吸附力，协同清除硅表面产物，起到输送作用，其亲油基与氢气相互作用，共同促进气泡的溶解和脱附；辅助成核剂与分散剂组分相互作用，共同形成硅界面—主成核剂—辅助成核剂—分散剂—吸附产物，起到了“桥联作用”，相较于主成核剂的高亲水性，辅助成核剂所具有的疏水基团可以形成“手拉手”的方式牵引主成核剂在清洗步骤脱离硅表面，增强脱附性作用，使其成为多重作用的良好辅助成核剂。

17、总之，本发明的制绒添加剂通过将淀粉类高分子化合物的主成核剂与噻唑酮类化合物的辅助成核剂进行复配使用，其对于单晶硅表面的各项异性刻蚀效果比两者单独使用时更好，具有“1+1＞2”的协同成效，并且可以有效降低制绒后的反射率。

18、（2）本发明选用的小分子分散剂具有较好的分散性，其可以促进成核剂在硅表面分散的均匀性，缩小硅片表面各区域反应速率差，提升绒面均匀性，同时其所具有的表面活性性能可以降低气液固三相界面张力，从而使反应生成的气泡快速离开硅片表面。

19、（3）本发明中选用的助溶剂能够保证在制绒过程中主成核剂不出现析出现象，同时促进硅与碱的反应生成物快速脱离硅片表面，改善绒面外观，增强硅片清洗性。

20、（4）与现有制绒添加剂相比，本发明提供的制绒添加剂能够在硅片上形成双向亲疏水性界面，降低有机物在硅表面残留，解决了现有制绒技术中因制绒添加剂成分难脱附而造成的后清洗时间内无法高效清除残余有机物的问题，提高了制绒添加剂的被净洗能力，有助于节水、降耗。

技术特征：

1.一种易清洗的单晶硅制绒添加剂，其特征在于，所述的制绒添加剂包括如下质量分数的组分：

2.根据权利要求1所述的一种易清洗的单晶硅制绒添加剂，其特征在于，所述的绒面主成核剂选自羧甲基淀粉钠，羧甲基淀粉，羟丙基淀粉，羟乙基淀粉，辛烯基琥珀酸淀粉钠中任一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种易清洗的单晶硅制绒添加剂，其特征在于，所述的绒面辅助成核剂选自1-甲基-2-苯并咪唑啉酮，6-硝基-2-苯并噻唑啉酮，2-噻唑烷酮中任一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种易清洗的单晶硅制绒添加剂，其特征在于，所述的分散剂选自十二烷基乙酸，十二烷基硫酸钠，辛酸钠，月桂基磺化琥珀酸单酯二钠，油酸钠，亚甲基双萘磺酸钠中任一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种易清洗的单晶硅制绒添加剂，其特征在于，所述的助溶剂选自苯甲酸钠，水杨酸钠，对氨基苯甲酸，异丙苯磺酸钠，甲苯磺酸钠，尿素，异丙醇中任一种或几种。

6.一种易清洗的单晶硅制绒添加剂的使用方法，其特征在于，将权利要求1～5任一项所述的制绒添加剂与碱液混合形成制绒液，以用于对单晶硅进行表面制绒。

7.根据权利要求6所述的一种易清洗的单晶硅制绒添加剂的使用方法，其特征在于，所述制绒添加剂与碱液的体积比为（0.2～4.0）：100；所述的碱液选用浓度1.0～2.0wt%的氢氧化钠溶液。

8.根据权利要求6所述的一种易清洗的单晶硅制绒添加剂的使用方法，其特征在于，对单晶硅制绒的过程为：将预清洗后的单晶硅片浸入所述制绒液中并在79～84℃下进行400～480秒的表面制绒。

技术总结本发明公开了一种易清洗的单晶硅制绒添加剂及其使用方法，制绒添加剂包括如下质量分数的组分：绒面主成核剂0.01～0.2t%，绒面辅助成核剂0.01～2.0%，分散剂0.01～2.0%，助溶剂0.1～1.0%，以及去离子水余量；其中：绒面主成核剂选用淀粉类高分子化合物；所述的绒面辅助成核剂选用噻唑酮类化合物。使用：将上述制绒添加剂与碱液混合形成制绒液，以用于对单晶硅进行表面制绒。本发明提供的制绒添加剂能够在硅片上形成双向亲疏水性界面，降低有机物在硅表面残留，解决了现有制绒技术中因制绒添加剂成分难脱附而造成的后清洗时间内无法高效清除残余有机物的问题，提高了制绒添加剂的被净洗能力，有助于节水、降耗。技术研发人员：安东,周树伟,徐溪,陈培良受保护的技术使用者：常州时创能源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19