CN102787361A - 一种用于单晶硅制绒液的添加剂 - Google Patents

一种用于单晶硅制绒液的添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于单晶硅制绒液的添加剂，属于太阳能电池领域。以所述添加剂总体质量为100%计，其中各组分及其质量百分数如下：果糖：0.1%～10%，硅酸钠：1%～10%，有机酸盐：0.1%～10%，表面活性剂：0.1%～5%，其余为去离子水或去离子水纯度以上的水。使用所述的添加剂，可使单晶硅制绒液中在不使用异丙醇或乙醇的情况下，制出的单晶硅片绒面金字塔结构均匀、细小，且能降低反应温度、缩短时间。

Description

一种用于单晶硅制绒液的添加剂
技术领域
本发明涉及一种用于单晶硅制绒液的添加剂，属于太阳能电池领域。
背景技术
在太阳能电池片的制备过程中，需要在硅片表面制作绒面。有效的绒面结构可以延长光程，增加硅片对光的吸收，提高太阳能电池的效率。单晶硅片的绒面通常是通过硅片和碱性制绒液反应来得到。当碱性溶液的浓度较低时，碱性溶液对硅片不同晶面腐蚀速率不同，对（100）晶面的腐蚀速度要远大于对（111）晶面的腐蚀速度，可在硅片表面形成金字塔形的绒面。
典型的碱性制绒液主要成分为氢氧化钠（NaOH）、异丙醇（IPA）和水（H2O）。在加热条件下，硅片与碱性溶液发生的总反应为：
Si+2OH-+H2O=SiO3 2-+2H2
制绒的效果主要通过绒面金字塔的尺寸和均匀度来反映，金字塔大小均匀，尺寸在2-4μm左右被认为是比较理想的。
工业生产中常用的制绒液由氢氧化钠、异丙醇、水等组成，其制绒效果并不十分理想，主要问题有：（1）异丙醇用量大，给环境带来污染。（2）制绒时间较长，温度较高，浪费能源，成本增加。（3）金字塔结构尺寸较大，为5-10μm，均匀度较差。目前，通过在制绒液中加入添加剂，可以有效解决上述（2）和（3）所述的问题。但是，仍然存在由于异丙醇用量大而给环境带来污染的严重问题。
发明内容
针对现有的制绒液中由于异丙醇用量大而给环境带来污染的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于单晶硅制绒液的添加剂，使用所述的添加剂，可使单晶硅制绒液中在不使用异丙醇或乙醇的情况下，制出的单晶硅片绒面金字塔结构均匀、细小，且能降低反应温度、缩短时间。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种用于单晶硅制绒液的添加剂，以所述添加剂总体质量为100%计，其中各组分及其质量百分数如下：
果糖                    0.1%～10%，
硅酸钠                  1%～10%，
有机酸盐                0.1%～10%，
表面活性剂              0.1%～5%，
其余为达到去离子水或去离子水纯度以上的水。
其中，所述有机酸盐为乙酸盐、草酸盐、异烟酸盐、酒石酸盐和乳酸盐中的一种或一种以上；
表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)和含氟非离子表面活性剂中的一种或一种以上。
本发明所述的一种用于单晶硅制绒液的添加剂的制备方法，步骤如下：
常温下，将果糖、硅酸钠、有机酸盐和表面活性剂按比例加入烧杯中，加入去离子水或去离子水纯度以上的水搅拌至完全溶解，即得到本发明所述的用于单晶硅制绒液的添加剂。
本发明所述的一种用于单晶硅制绒液的添加剂适用于单晶硅碱性制绒液，其使用方法如下：
将本发明所述的添加剂加入碱性制绒液中，将清洗过的硅片浸入含有添加剂的碱性制绒液中，于65～90℃恒温12～20分钟，即完成制绒；其中添加剂占制绒液质量的0.3%～2%。
有益效果
（1）本发明所述添加剂中的表面活性剂可降低水的表面张力，有效润湿硅片，替代异丙醇，能够减少污染，同时也能节约成本。
（2）在制绒液中加入本发明的添加剂后，果糖及其它有机物可有效增加硅表面“金字塔”结构的成核起点，使“金字塔”均匀、细密。
（3）在制绒液中加入本发明的添加剂后，制绒液的使用温度较低，反应时间也较短。
附图说明
图1为本发明实施例1中的单晶硅片的扫描电镜平面照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
1）配制添加剂：常温下，将1g果糖、50g硅酸钠，60g草酸钠、40g乳酸钠、及20g壬基酚聚氧乙烯醚溶解于829g去离子水中，搅拌至完全溶解，得到1000g添加剂。
2）配制碱性制绒液：将120g氢氧化钠溶于9.88kg去离子水中，得到10kg碱性制绒液。
3）向10kg碱性制绒液中加入150g添加剂，混合均匀。
4）将清洗过的硅片浸入含有添加剂的碱性制绒液中，于80℃恒温12分钟，完成制绒。将硅片从碱性制绒液中取出，用去离子水清洗并烘干，可得到蓝黑色有光泽的绒面，经分析天平测量制绒后硅片被腐蚀掉的质量为0.3539g，占制绒前硅片质量的5.3%，说明硅片的减薄量小。图1为制绒后得到的硅片表面形貌电镜照片，从图中可见绒面金字塔尺寸较小，为2-4μm，分布均匀，覆盖整个硅片表面。
实施例2
1）配制添加剂：常温下，将50g果糖、35g硅酸钠，35g乙酸钠、5g含F非离子表面活性剂FSO-100（
Figure BDA00002109236500031
，美国杜邦）、15gNP-10溶解于860g去离子水中，搅拌至完全溶解，得到1000g添加剂。
2）将140g氢氧化钠溶于9.86kg去离子水中，得到10kg碱性制绒液。
3）向10kg碱性制绒液中加入30克添加剂，混合均匀。
4）将清洗过的硅片浸入含有添加剂的碱性制绒液中，于75℃恒温18分钟，完成制绒。将硅片从碱性制绒液中取出，用去离子水清洗并烘干，可得到蓝黑色有光泽的绒面，经分析天平测量制绒后硅片被腐蚀掉的质量为0.3308g，占制绒前硅片质量的4.9%，说明硅片的减薄量小。从制绒后得到的硅片表面形貌电镜照片可以看出，绒面金字塔尺寸较小，为2-4μm，分布均匀，覆盖整个硅片表面。
实施例3
1）配制添加剂：常温下，将50g果糖、100g硅酸钠，1g乙酸钠，1g含F非离子表面活性剂FSO-100（
Figure BDA00002109236500041
，美国杜邦）溶解于848g去离子水中，搅拌至完全溶解，得到1000g添加剂。
2）将140g氢氧化钠溶于9.86kg去离子水中，得到10kg碱性制绒液。
3）向10kg碱性制绒液中加入100克添加剂，混合均匀。
4）将清洗过的硅片浸入含有添加剂的碱性制绒液中，于85℃恒温15分钟，完成制绒。将硅片从碱性制绒液中取出，用去离子水清洗并烘干，可得到蓝黑色有光泽的绒面，经分析天平测量制绒后硅片被腐蚀掉的质量为0.3903g，占制绒前硅片质量的5.8%，说明硅片的减薄量小。从制绒后得到的硅片表面形貌电镜照片可以看出，绒面金字塔尺寸较小，为2-4μm，分布均匀，覆盖整个硅片表面。
实施例4
1）配制添加剂：常温下，将100g果糖、10g硅酸钠、10g乳酸钠、25g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、25gNP-10溶解于830g去离子水中，搅拌至完全溶解，得到1000g添加剂。
2）将140g氢氧化钠溶于9.86kg去离子水中，得到10kg碱性制绒液。
3）向10kg碱性制绒液中加入60克添加剂，混合均匀。
4）将清洗过的硅片浸入含有添加剂的碱性制绒液中，于65℃恒温20分钟，完成制绒。将硅片从碱性制绒液中取出，用去离子水清洗并烘干，可得到蓝黑色有光泽的绒面，经分析天平测量制绒后硅片被腐蚀掉的质量为0.3548g，占制绒前硅片质量的5.3%，说明硅片的减薄量小。从制绒后得到的硅片表面形貌电镜照片可以看出，绒面金字塔尺寸较小，为2-4μm，分布均匀，覆盖整个硅片表面。
实施例5
1）配制添加剂：常温下，将20g果糖、70g硅酸钠、30g异烟酸钠、30g酒石酸钠、10g NP-10溶解于840g去离子水中，搅拌至完全溶解，得到1000g添加剂。
2）将240g氢氧化钠溶于9.76kg去离子水中，得到10kg碱性制绒液。
3）向10kg碱性制绒液中加入200克添加剂，混合均匀。
4）将清洗过的硅片浸入含有添加剂的制绒液中，于90℃恒温12分钟，完成制绒。将硅片从制绒液中取出，用去离子水清洗并烘干，可得到蓝黑色有光泽的绒面，经分析天平测量制绒后硅片被腐蚀掉的质量为0.3372g，占制绒前硅片质量的5.0%，说明硅片的减薄量小。从制绒后得到的硅片表面形貌电镜照片可以看出，绒面金字塔尺寸较小，为2-4μm，分布均匀，覆盖整个硅片表面。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于单晶硅制绒液的添加剂，其特征在于：以所述添加剂总体质量为100%计，其中各组分及其质量百分数如下：
果糖                        0.1%～10%，
硅酸钠                      1%～10%，
有机酸盐                    0.1%～10%，
表面活性剂                  0.1%～5%，
其余为达到去离子水或去离子水纯度以上的水；
其中，所述有机酸盐为乙酸盐、草酸盐、异烟酸盐、酒石酸盐和乳酸盐中的一种或一种以上；
表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚和含氟非离子表面活性剂中的一种或一种以上。
2.一种如权利要求1所述的用于单晶硅制绒液的添加剂的制备方法，其特征在于：步骤如下：
常温下，将果糖、硅酸钠、有机酸盐和表面活性剂按比例加入烧杯中，加入水搅拌至完全溶解，即得到一种用于单晶硅制绒液的添加剂。
3.一种如权利要求1所述的用于单晶硅制绒液的添加剂的使用方法，其特征在于：将所述的添加剂加入碱性制绒液中，将清洗过的硅片浸入含有添加剂的碱性制绒液中，于65～90℃恒温12～20分钟，即完成制绒；其中添加剂占碱性制绒液质量的0.3%～2%。
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