CN108559602B - 一种水性金刚线硅片切割液 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光伏产业硅晶体切割技术领域，尤其涉及一种水性金刚线硅片切割液。水性金刚线硅片切割液的组分包括脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、二甲苯磺酸钠、癸炔二醇聚氧乙烯醚和去离子水，本发明的水性金刚线硅片切割液在具有优异的润滑、冷却、硅粉沉降速度快，金刚线磨损小，制备方法工艺简单、条件易控、成本低廉、对设备要求低，适于工业化生产。

Description

一种水性金刚线硅片切割液
技术领域
本发明属于光伏产业硅晶体切割技术领域，尤其涉及一种水性金刚线硅片切割液。
背景技术
随着全球能源需求的变化，清洁环保的能源成了热门的研究课题。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可***，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。光伏半导体硅片应运而生的成为了太阳能的支柱产业，对硅片的需求快速增长。切片是硅片加工的重要的一道工序，同时也是造成硅片应力、表层及亚表层损伤及崩边的主要工序之一，硅片切割良率直接决定了光伏产业的产能。而切割液的性能是影响硅片切割效率及质量的关键因素之一。
目前的硅片切割工艺主要采用游离砂浆切割悬浮液和金刚线切割，而金刚石砂线切割是一种更为新型的切割工艺，我国目前还处于起步阶段。该工艺主要是利用砂线外层镀有的金刚石与硅片摩擦来进行切割，切割液不需要悬浮碳化硅颗粒，也不需要具备较高的粘度，不需要在溶液中混入碳化硅刃料，其切割速度是砂浆切割工艺中钢线的2～3倍，出片率也比砂浆切割方式高，且其消耗的水电比砂浆切割技术减少了三分之二，切割后产生的硅粉可以全部回收使用，因此在单位产量的折旧、人工和能源成本将大大降低，可谓既节能又环保。
专利CN102321497A公开了一种太阳能硅片切割液，包括聚乙二醇，表面活性剂、润滑剂、渗透剂和螯合剂，还包含具有硫氧双键的有机化合物。该专利虽然性能较好，但属于传统的游离砂浆切割悬浮液，该系列悬浮液目前已处于淘汰技术。
专利105695076A和105713714A属于同系列产品，较多的使用了国家禁止使用的烷基酚聚氧乙烯醚等表面活性剂。其实丁苯胶的使用虽然加速了硅粉的团聚，但是大颗粒的硅粉粘在金刚线上也降低了硅片切割的良率。
目前市售硅片切割液切割后的硅片表面TTV大，有线痕，由于硅片在切割过程中会发生脆性崩裂或划痕，影响了硅片表面的粗糙度和翘曲度，使得所加工的硅片总厚度存在误差。
金刚线使用寿命短，现在很多硅片切割液使用的添加剂质量差，不利于切割后清洗，从而缩短了金刚砂线的使用寿命。
硅片切割过程中切屑硅粉由于粒度太细与水反应会释放出氢气，长时间的生产积累会产生安全隐患。
对比传统的砂浆悬浮液切割工艺与金刚石砂线切割工艺，后者砂线外层镀有的金刚石与硅片摩擦产生的摩擦力远比砂浆悬浮液高，切割时产生瞬间更强的高温，冷却效果下降、硅粉沉降性不好，这导致了切割后的硅片表面会存在不易清洗的固体硅细粉末，从而使产品光滑度下降、良率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：在传统的砂浆悬浮切割液被淘汰的前提下，提供一种金刚石砂线切割硅片的切割液，解决切割速度慢，硅粉沉降性差，硅片良率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种水性金刚线硅片切割液，其组分包括脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、二甲苯磺酸钠、癸炔二醇聚氧乙烯醚和去离子水。
具体而言，上述水性金刚线硅片切割液按重量份数计包括以下各组分：脂肪酸甲酯5-10份、聚乙二醇400单月桂酸酯8-15份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5-10份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯2-5份、二甲苯磺酸钠0.1-1份、癸炔二醇聚氧乙烯醚1-5份和去离子水60-80份。
更进一步，水性金刚线硅片切割液按重量份数计包括以下各组分优选为：脂肪酸甲酯8份、聚乙二醇400单月桂酸酯10份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯4份、二甲苯磺酸钠0.5份、癸炔二醇聚氧乙烯醚2.5份和去离子水70份。
其中，脂肪酸甲酯具有优秀抗磨性和热稳定性，在本发明中抗磨指数WS1.4≤300μm(60℃)，表明在高温摩擦条件下能显著降低摩擦力，具有良好的减摩抗磨润滑性能。聚乙二醇400单月桂酸酯具有乳化、润滑、消泡、增溶性能，特别是能紧紧锁住脂肪酸甲酯不分层，保证脂肪酸甲酯脱水，促进了体系的稳定性。顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯具有强效的润湿性，能快速渗透到金刚线和硅片接触面，并能锁住体系其他亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，加快切割速度并带走大量热量。二甲苯磺酸钠在本发明中具有杀菌、水溶助长、均化、分散等作用，并使浊点、黏度下降，大大提高了切割液的冷却效果，在本发明中还有锐化金刚砂的作用，提高切割效率。癸炔二醇聚氧乙烯醚具有独特的双分子基结构，适用于水性***的抑泡润湿剂，大大提高本发明体系对各种硅片和金刚线的动态润湿能力静态和动态表面张力低，促进流动流平，减少硅粉对硅片的划伤。并且能提高体系的硅粉沉降速度，快速带走切割过程中产生的硅粉，是硅粉和切割液快速固液分离，保证体系的性能长时间不波动。
本发明还提供了一种上述水性金刚线硅片切割液的制备方法：将脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、癸炔二醇聚氧乙烯醚加入到搅拌罐搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入去离子水，得到透明乳液，最后加入二甲苯磺酸钠搅拌均匀即得到水性金刚线硅片切割液。
本发明的有益效果在于：本发明的水性金刚线硅片切割液，在具有优异的润滑、冷却、硅粉沉降作用，通过配方中通过各原料的有机结合，硅片切割速度快，硅片良率高，硅片表面硅粉残留少，金刚线磨损小。且该水性金刚线硅片切割液制备方法工艺简单、条件易控、成本低廉、对设备要求低，适于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
一种水性金刚线硅片切割液，按重量份数计算为以下各组分：脂肪酸甲酯8份、聚乙二醇400单月桂酸酯10份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯4份、二甲苯磺酸钠0.5份、癸炔二醇聚氧乙烯醚2.5份和去离子水70份。
本实施例中的水性金刚线硅片切割液的制备方法为：
将脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、癸炔二醇聚氧乙烯醚加入到搅拌罐搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入去离子水，得到半透明乳液，最后加入二甲苯磺酸钠搅拌均匀即得到水性金刚线硅片切割液。
实施例2
一种水性金刚线硅片切割液，按重量份数计算为以下各组分：
脂肪酸甲酯10份、聚乙二醇400单月桂酸酯8份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯5份、二甲苯磺酸钠1份、癸炔二醇聚氧乙烯醚5份和去离子水66份。
本实施例中的水性金刚线硅片切割液的制备方法为：
将脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、癸炔二醇聚氧乙烯醚加入到搅拌罐搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入去离子水，得到半透明乳液，最后加入二甲苯磺酸钠搅拌均匀即得到水性金刚线硅片切割液。
实施例3
脂肪酸甲酯5份、聚乙二醇400单月桂酸酯15份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠10份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯2份、二甲苯磺酸钠0.1份、癸炔二醇聚氧乙烯醚1份和去离子水66.9份。
本实施例中的水性金刚线硅片切割液的制备方法为：
将脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、癸炔二醇聚氧乙烯醚加入到搅拌罐搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入去离子水，得到半透明乳液，最后加入二甲苯磺酸钠搅拌均匀即得到水性金刚线硅片切割液。
分别将上述各实施例的切割液用去离子水稀释400倍后，对同样规格的硅棒进行金刚石砂线切割，同时美国进口UDML200C太阳能硅片切割液(标记A)同样用去离子水稀释400倍后，对同样规格的硅棒进行金刚石砂线切割，并采用辽宁奥克化学股份有限公司生产的砂浆悬浮切割液(标记B)对同样规格的硅棒采用传统砂浆悬浮切割。相关实验结果如表1所示：
表1、本发明实施例及对比例切割数据测试表
Figure BDA0001632850490000041
Figure BDA0001632850490000051
通过表1得出，各方面本发明实施例都要优于传统砂浆悬浮切割液，各性能指标与进口金刚线切割液相当。
最后需要说明的是，上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水性金刚线硅片切割液，其特征在于：所述的水性金刚线硅片切割液的组分包括脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、二甲苯磺酸钠、癸炔二醇聚氧乙烯醚和去离子水；
所述的水性金刚线硅片切割液按重量份数计包括以下各组分：脂肪酸甲酯5-10份、聚乙二醇400单月桂酸酯8-15份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5-10份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯2-5份、二甲苯磺酸钠0.1-1份、癸炔二醇聚氧乙烯醚1-5份和去离子水60-80份。
2.根据权利要求1所述的所述的水性金刚线硅片切割液，其特征在于：所述的水性金刚线硅片切割液按重量份数计包括以下各组分：脂肪酸甲酯8份、聚乙二醇400单月桂酸酯10份、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5份、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯4份、二甲苯磺酸钠0.5份、癸炔二醇聚氧乙烯醚2.5份和去离子水70份。
3.如权利要求1或2所述的水性金刚线硅片切割液的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：将脂肪酸甲酯、聚乙二醇400单月桂酸酯、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、癸炔二醇聚氧乙烯醚加入到搅拌罐搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入去离子水，得到透明乳液，最后加入二甲苯磺酸钠搅拌均匀即得到水性金刚线硅片切割液。
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