CN102660409B

CN102660409B - 光伏电池硅片清洗剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102660409B
Application number: CN 201210148111
Authority: CN
Inventors: 李峰; 许军训; 张瑞; 王亚妮; 刘军
Original assignee: Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry
Current assignee: Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: CN102660409A

Abstract

本发明公开了光伏电池硅片清洗剂及其制备方法，主要由氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠、硼酸钠、二乙烯三胺五乙酸、十二烷基苯磺酸钠、C12/C18脂肪醇聚氧乙烯醚、C13/C15直链羰基醇氧乙烯醚、四甲基氢氧化铵、三乙醇胺油酸皂以及去离子水等组成。本发明清洗剂呈碱性，不含任何有机溶剂以及磷添加剂，单组份使用，具有良好的去污、清洗性能，无任何刺激性气味，工作液的pH值在9～11，清洗率高达99%，使用周期长，能有效去除由线切割单晶硅而产生的表面油脂及硅片内部金属杂质和粘附在硅片表面的尘埃和其它颗粒，对硅片无腐蚀，清洗工艺简单。本发明与传统的硅片清洗剂相比单位成本下降60%。

Description

光伏电池硅片清洗剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及光伏电池硅片生产技术领域，尤其涉及光伏电池硅片清洗剂及其制备方法。

背景技术

光伏电池硅片在使用前外观应呈银灰色，不允许存在夹层，发黑，氧化，指纹和沾污的痕迹或杂质，因此，在高效单晶硅太阳能硅片制备工艺中，要想获得高的光电转化效率，必须要有表面清洁的硅晶片，表面金属污染必须降低到有害值以下。现阶段硅片加工都采用多线切割机，多线切割机采用钢丝带动碳化硅磨料进行切割硅片，会造成硅片表面的有机物沾污、颗粒沾污以及金属离子沾污，这些杂质的污染特别是金属离子污染物如Cu、Fe、Na等，很容易从硅片表面扩散到内部形成深能级复合中心，从而影响非平衡少子寿命进而降低光电转化效率。所以电池硅片在生产前一定要先清洗，以去除杂质。

光伏电池硅片表面的污染物主要以原子、离子、分子或膜的形式，以物理或化学方法存在于硅片表面或硅片表面的氧化膜中，对硅片的清洗要求是既能去除各类杂质又不破坏硅片性能。目前对硅片清洗多采用水溶液清洗法，是因为水溶液清洗价廉而安全，对杂质和基体选择性好，可将杂质清洗至非常低的水平。

光伏电池硅片清洗技术主要有以下几类，早期常用的是RCA清洗法，但由于RCA清洗使用的试剂成本高，清洗后硅片表面粗糙，且对环境和人体都有一定危害，不适合光伏电池硅片的清洗。部分企业在RCA基础上改良，方法一：稀释或加入表面活性剂、螯合剂等提高对金属和表面颗粒的去除效果；方法二：RCA清洗液结合兆声清洗法和喷射法清洗抛光硅片，实验结果表明该方法对于去除硅片表面的微小颗粒具有更高的效果。目前碱性清洗技术正逐渐取代RCA清洗技术成为光伏电池硅片的主要清洗技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏电池硅片清洗剂及其制备方法，该清洗剂能与硅片表面进行复杂的物理和化学反应，如螯合、络合、皂化等作用，有效去除太阳能硅片在线切割过程中产生的有机物沾污、尘埃及其它颗粒污染和金属离子沾污等，清洗率高达99%以上。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种光伏电池硅片清洗剂，由以下物质按重量百分比制成：氢氧化钾0.5～3%、碳酸钠1～3%、硅酸钠2～3%、硼酸钠0.5～2%、二乙烯三胺五乙酸0.2～1%、十二烷基苯磺酸钠3～6%、C12或C18脂肪醇聚氧乙烯醚6～9%、C13或C15直链羰基醇聚氧乙烯醚5～8%、四甲基氢氧化铵2～5%、三乙醇胺油酸皂3～6%、余量为去离子水。

上述光伏电池硅片清洗剂的制备方法，主要包括以下步骤：

（1）将氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠、硼酸钠、二乙烯三胺五乙酸、十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀，制成碱性混合溶液A；

（2）将C12或C18脂肪醇聚氧乙烯醚、C13或C15直链羰基醇聚氧乙烯醚、四甲基氢氧化铵、三乙醇胺油酸皂溶于去离子水中，搅拌均匀，制成混合溶液B；

（3）将以上两种溶液混合均匀，即得到太阳能硅片清洗剂。

上述各步骤均在50～60℃常压加热条件下进行。

上述各步骤所有的配制过程须边加料边搅拌。

非离子表面活性剂不受酸、碱和电解质的影响，并具有较强的渗透力，活性剂分子可渗入硅片表面与吸附物之间向深处扩散，将颗粒托起，活性剂分子取而代之吸附在硅片表面上，防止颗粒的再次吸附。本发明中选用了聚氧乙烯链结构的活性剂AEO-9，它吸附时以非极性碳氢链与固体接触为主，亲水的聚氧乙烯链则大部分伸向水中，形成较厚的保护层，形成粒子相接近的空间障碍，有利于更好的去除颗粒，C12或C18脂肪醇聚氧乙烯醚与C13或C15直链羰基醇聚氧乙烯醚为无色透明油状液体，这些表面活性剂完全溶于水，不燃、不爆、易生物降解，是清洗剂的主要成分。

螯合剂二乙烯三胺五乙酸可有效去除金属离子，螯合剂的主要成分是螯合环，它的两端有N-O共用电子对和金属离子作用，将其拉向螯合环，将金属离子包裹进去。

十二烷基苯磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，白色或淡黄色粉末，对水硬度较敏感，不易氧化，起泡力强，去污力高，易与各种助剂复配，成本较低，合成工艺成熟，已被国际安全组织认定为安全化工原料。

硅酸钠具有良好的助洗效果。它在硅片的表面上生成一层很薄的保护膜，硅酸钠的水溶液在清洗过程中对溶液中的污垢和固体微粒具有悬浮、分散和乳化的能力，能防止污垢再沉积到硅片上。硅酸钠水溶液经水解，能产生氢氧基，使清洗剂保持一定的pH值。

碳酸钠能将污垢皂化而将污垢除去，但在清洗剂中不宜加入过量，以免损伤硅片。

本发明具有的有益效果：

(1) 本发明清洗剂为淡黄色液体， pH值9～11，不含任何有机溶剂及磷添加剂，无刺激性气味；单组份使用，具有良好的去污、清洗性能，使用周期长，﹣10℃～﹢50℃储存性能稳定；成本低，本发明与传统的硅片清洗剂相比单位成本下降60%。

（2）本发明清洗剂清洗效率高，洗净率在99%以上，能有效去除由线切割单晶硅而产生的表面油脂及硅片内部金属杂质和粘附在硅片表面的尘埃和其它颗粒，对硅片无腐蚀。

（3）本发明清洗剂能适用于不同尺寸太阳能硅片的清洗，适用于大规模生产也适用于小批量的生产。

具体实施方式

本实施例进行了四次实验，分别得到四批试剂1#、2#、3#、4#，每次实验所用物质及其用量见下表，制备方法主要包括以下步骤：

（1）将氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠、硼酸钠、二乙烯三胺五乙酸、十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水中，边加料边搅拌均匀，制成碱性混合溶液A；

（2）将C12或C18脂肪醇聚氧乙烯醚、C13或C15直链羰基醇聚氧乙烯醚、四甲基氢氧化铵、三乙醇胺油酸皂溶于去离子水中，边加料边搅拌均匀，制成混合溶液B；

（3）将以上两种溶液混合均匀，即得到太阳能硅片清洗剂。

上述各步骤均在50～60℃常压加热条件下进行。

本发明光伏电池硅片清洗剂的清洗方法：

（1）常温下将硅片在盛有循环去离子水的水槽中预清洗5～10分钟；

（2）当用该清洗剂清洗污染较重的硅片时，应直接使用原液，将清洗槽加温至40～50℃，开启超声波清洗5～10分钟；

（3）当用该清洗剂清洗污染较轻的硅片时，将该清洗剂加入到5～19倍的去离子水中，搅拌均匀后将清洗槽加温至40～50℃，开启超声波清洗5～10分钟；

（4）将清洗后的硅片再放入盛有循环去离子水的水槽中常温漂洗5～10分钟，漂洗两遍；

（5）将硅片快速风干处理以备后用。

本发明光伏电池硅片清洗剂的清洗效果：

（1）本发明的清洗剂呈碱性，洗净率在99%以上，对清洗硅片表面不会残留不溶物，不产生新污染，不影响产品的质量，清洗后的硅片表面干净、色泽一致、无花斑。

（2）本发明的清洗剂可直接在常温下进行超声清洗，清洗条件温和，对温度、压力、机械能等不需要过高的要求，企业能耗更低。

（3）本发明的清洗剂清洗后的返片率低，仅为传统清洗工艺的1／10左右，清洗工艺简单，操作方便，满足环保要求。

Claims

1.一种光伏电池硅片清洗剂，其特征在于由以下物质按重量百分比制成：氢氧化钾0.5～3%、碳酸钠1～3%、硅酸钠2～3%、硼酸钠0.5～2%、二乙烯三胺五乙酸0.2～1%、十二烷基苯磺酸钠3～6%、C12或C18脂肪醇聚氧乙烯醚6～9%、C13或C15直链羰基醇聚氧乙烯醚5～8%、四甲基氢氧化铵2～5%、三乙醇胺油酸皂3～6%、余量为去离子水；

所述光伏电池硅片清洗剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠、硼酸钠、二乙烯三胺五乙酸、十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀制成碱性混合溶液A；

（2）将C12或C18脂肪醇聚氧乙烯醚、C13或C15直链羰基醇聚氧乙烯醚、四甲基氢氧化铵、三乙醇胺油酸皂溶于去离子水中，搅拌均匀制成混合溶液B；

（3）将以上两种溶液混合均匀，即得到光伏电池硅片清洗剂；

上述各步骤均在50～60℃常压加热条件下进行；

所有的配制过程须边加料边搅拌。