一种Topcon用单晶硅片碱抛光添加剂及其应用的制作方法

本发明涉及光伏领域，具体涉及一种topcon用单晶硅片碱抛光添加剂及其应用。

背景技术：

1、在晶体硅太阳能电池制造工艺中，为了提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率，常对晶体硅背面进行抛光处理。一方面抛光后可以增强光反射，提高短路电流；抛光使背场均匀，提高开路电压，从而提高太阳能电池背面反射率。而高反射率增强了光的反射，提高了光的利用率。另一方面，topcon电池作为新型的电池技术之一，是通过背面的隧穿氧化层和非晶硅薄层实现载流子的选择性通过，阻挡少子空穴复合。较低的比表面积有效降低了载流子在电池发射极表面区域的复合，有利于背面钝化，同时更好的钝化效果可进一步提高电池开路电压和短路电流。从而提高载流子的有效寿命，进一步提高电池片的效率。

2、在topcon电池的制备过程中，topcon碱抛光工艺为主流技术路线，相比较于酸抛光工艺具有成本低、效率高的优异特点。但采用现有的碱抛光添加剂及利用其制备的抛光液进行碱抛光后，单晶硅片的背面结构过于平整，容易导致浆料与硅片接触时的摩擦力不够，不利于背面氧化层的钝化接触，印刷时出现断栅的现象，最终导致电池失效。同时，单晶硅在碱环境下腐蚀，由于气泡脱附问题容易导致碱抛光后的单晶硅电池片背面存在“小雨点”(即金字塔绒面)分布不均匀的外观问题，且这些“小雨点”的存在会导致电池片在后续生产过程出现外观问题，从而导致电池片转换效率以及良率降低等问题，甚至容易出现曝膜问题。此外，现有碱抛光的工艺不稳定，反应过程难以控制，且碱会腐蚀硅片正面的氧化硅，进而破坏正面pn结，导致电池失效。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中的利用碱抛光添加剂进行碱抛光后，单晶硅片的背面结构过于平整，不利于背面氧化层的钝化接触，同时形成的金字塔绒面分布不均匀，容易出现曝膜问题，钝化效果差，钝化效率低的缺陷，提供了一种topcon用单晶硅片碱抛光添加剂，并将其应用于topcon用单晶硅片碱抛光用抛光液的制备中。

2、为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种topcon用单晶硅片碱抛光添加剂，按重量份数计，包括以下组分：

4、金属螯合剂0.01～3份、脱泡剂0.1～5份、出绒剂0.01～3份、表面活性剂0.1～1份、去离子水88～100份；

5、其中，所述金属螯合剂分子结构中含有磷酸或羧酸基团，所述磷酸或羧酸基团的数量≤4。

6、本发明提供了一种新的碱抛光添加剂配方，该添加剂是由金属螯合剂、脱泡剂、出绒剂、表面活性剂、去离子水组合而成。其中，金属螯合剂起到络合金属离子的作用，添加入脱泡剂，有助于改善抛光效果，出绒剂的添加，有助于促进金字塔绒面的形成。本发明的topcon用单晶硅片碱抛光添加剂能够在保障良好的碱抛光效果的同时在单晶硅片表面长出均匀且微小尺寸的金字塔绒面。单晶硅片背面形成的微小尺寸的金字塔绒面能够有效改善隧穿氧化层的接触效果，从而提高钝化效率，同时解决曝膜问题。

7、目前，topcon用单晶硅片碱抛光工艺大多数采用传统的化学抛光技术，即利用强酸、强碱等化学试剂对硅片表面进行腐蚀，以达到抛光的目的。但传统的topcon用单晶硅片碱抛光方法普遍存在抛光均匀性差、成本高、对设备要求高的问题，致使topcon用单晶硅片碱抛光工艺效果差，进一步导致电池片转换效率以及良率降低，难以实现规模化生产。与此同时，现有的topcon用单晶硅片碱抛光工艺通过在单晶硅片背面先行成光滑平整的表面，再通过添加出绒剂最终形成均匀分散的金字塔绒面。工艺步骤繁琐，致使抛光效率低。而本发明采用“一步法”对单晶硅片背面进行碱抛光，在保障良好的碱抛光效果的同时在单晶硅片表面长出均匀且微小尺寸的金字塔绒面，能够有效改善隧穿氧化层的接触效果，从而提高钝化效率，避免出现曝膜现象，进一步提高电池转换效率。

8、作为优选，所述表面活性剂包括包含有聚氧乙烯醚结构的盐类表面活性剂1和包含有聚氧乙烯结构的烷基胺类表面活性剂2，所述表面活性剂1和表面活性剂2的质量比为1～3:0.5～1。

9、作为优选，所述金属螯合剂为羟基乙叉二磷酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基磷酸、氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、柠檬酸、酒石酸中的任意一种或多种的组合。

10、金属螯合剂分子结构中含有的磷酸或羧酸基团能够提供多个可以与金属离子配位的氧原子，这些氧原子可以与金属离子形成稳定的五元环或六元环的螯合物。有效增加了金属离子与制备的抛光液中其他成分的反应活性，从而提高了抛光液的稳定性和均匀性。而当金属螯合剂分子结构中含有的磷酸或羧酸基团的数量≤4时，有助于增强其螯合能力，增加金属螯合剂的稳定性，从而提高金属的去除效果。通过控制磷酸或羧酸基团的数量，有助于提高金属螯合剂的选择性。

11、当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中金属螯合剂的含量过低时，难以有效螯合金属离子，容易致使抛光液的稳定性和均匀性下降，进而影响抛光效果。当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中金属螯合剂的含量过高时，容易导致硅片表面被过度腐蚀，从而影响金字塔绒面的形成。而过量的金属螯合剂容易导致残留，与其他化学试剂发生不良反应，致使后期清洗困难，进一步影响制备的抛光液的稳定性和均匀性。

12、作为优选，所述脱泡剂为十六烷基三甲基氧化胺、脂肪酸甘油酯、聚氧乙烯醚脂肪酸酯、聚氧乙烯醚硫酸酯盐类、烷基酚聚氧乙烯基醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种或多种的组合。

13、当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中的脱泡剂含量过低时，难以有效抑制泡沫的形成，导致抛光液不稳定，影响抛光效果。当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中的脱泡剂含量过高时，容易造成过度消泡，致使抛光液的润滑度下降，硅片表面难以得到充分的抛光，抛光效果减弱。同时，过量的脱泡剂可能影响硅片表面的微绒面形成，致使形成的金字塔绒面尺寸大小不一且分布不均匀，分布稀疏。

14、作为优选，所述出绒剂为十二烷基磺酸钠、烷基萘磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基糖苷中的任意一种或多种的组合。

15、当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中的出绒剂含量过低时，硅片表面难以生长出金字塔绒面或形成的金字塔绒面尺寸过小。原因在于出绒剂的作用减弱，影响硅片表面的微绒面形成。当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中的出绒剂含量过高时，容易抑制抛光液中其他组分的反应活性，干扰抛光过程的进行，致使硅片表面无法得到充分的抛光，抛光效果减弱。

16、作为优选，所述表面活性剂1为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚氧乙烯醚脂肪酸酯、聚氧乙烯醚硫酸酯盐中的任意一种或多种的组合。

17、作为优选，所述表面活性剂2为聚氧乙烯烷基胺、烷基酚聚氧乙烯基季铵盐、脂肪醇聚氧乙烯醚单季铵盐、失水山梨醇单脂肪酸酯聚氧乙烯醚季铵盐中的任意一种或多种的组合。

18、表面活性剂有助于金字塔绒面的形成，当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中的表面活性剂含量过低时，容易导致金字塔绒面无法完全形成或者尺寸较小。即使形成了金字塔结构，也可能出现分布不均匀、尺寸大小不一的情况。当topcon用单晶硅片碱抛光添加剂配方中的表面活性剂含量过高时，可能导致硅片表面形成一层难以去除的粘稠膜，阻碍抛光液与硅片表面的有效接触，从而降低抛光效果。同时，由于表面活性剂在硅片表面形成的不均匀覆盖，还会导致抛光过程中硅片表面不平整，出现坑洼或凸起。

19、另外，本发明使用表面活性剂1和作为脱泡剂的十六烷基三甲基氧化胺复配使用，起到协同增效的作用，有助于提高整体的消泡效果并改善抛光液的稳定性，延长其使用寿命。表面活性剂2具有良好的润湿、渗透和乳化作用，有助于提高抛光液与硅片表面的接触效果，促进绒面的形成和扩展。本发明使用表面活性剂2和作为出绒剂的十二烷基磺酸钠协同作用，进一步增强出绒效果，有效提高硅片表面的绒面密度和均匀性。此外，表面活性剂2具有较低的表面张力，促使硅片表面更易被润湿。有助于提高抛光液在硅片表面的铺展效果，从而提高抛光效率和硅片表面的光滑度。

20、一种topcon用单晶硅片碱抛光用抛光液，包括如上所述的topcon用单晶硅片碱抛光添加剂和碱液，所述碱液和topcon用单晶硅片碱抛光添加剂的质量比为80～100:1～5。

21、作为优选，所述碱液为naoh溶液或koh溶液。

22、作为优选，所述碱液的质量浓度为1.0～5.0％；所述topcon用单晶硅片碱抛光添加剂的质量浓度为0.5～3.0％。

23、一种topcon用单晶硅片碱抛光方法，利用如上所述的topcon用单晶硅片碱抛光用抛光液对topcon用单晶硅片进行抛光处理。

24、作为优选，所述抛光处理的温度控制在60～80℃。

25、作为优选，所述抛光处理的时间控制在100～300s。

26、因此，本发明具有以下有益效果：

27、(1)本发明提供了一种新的碱抛光添加剂配方，能够在保障良好的碱抛光效果的同时在topcon用单晶硅片背面长出均匀分散且微小尺寸的金字塔绒面。能够有效改善隧穿氧化层的接触效果，从而提高钝化效率，同时解决曝膜问题；

28、(2)本发明采用“一步法”对topcon用单晶硅片背面进行碱抛光，从而在单晶硅片背面形成相对粗糙的小尺寸绒面，工艺流程精简。有效降低单晶硅片背面反射率，有助于提高抛光稳定性，继而进一步提高电池转换效率；

29、(3)本发明的topcon用单晶硅片碱抛光添加剂抛光效果好，抛光绒面尺寸可控，有助于在生产实践中推广应用。