CN114292708A - 用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂及使用方法，所述太阳能电池硅片清洗剂由氧化剂、硅片润湿剂、表面活性剂、螯合剂、无机盐和余量的水组成。本发明的硅片清洗剂可以有效降低生产线上碱和双氧水的耗量，很大程度上提升了清洗槽的清洗能力，减少了硅片表面的有机物残留，提升制程良品率及效率，太阳能电池的转换效率提高了0.03‑0.05％。
Description
技术领域
本发明涉及硅片清洗领域，尤其涉及制绒前硅片清洗添加剂。
背景技术
目前能源问题正日益成为制约世界各国社会经济发展的瓶颈，太阳能光伏发电作为一种清洁且取之不尽用之不竭的新能源，正在受到高度关注。其中，高效太阳能电池的研制和开发是近些年发展最快，最具活力的研究领域。
硅片作为制备太阳能电池的核心材料，硅片的表面状态及污染物去除程度直接影响到成品太阳能电池的良率和发电效率。硅片在切割加工之后，表面会布满一层高活性的悬挂键，极容易形成氧化层，同时容易吸附外界各类杂质，如有机污染物、颗粒、无机杂质、金属离子等等，这些污染物吸附于硅片表面，通常选用KOH或NaOH和H2O2配制的碱溶液，在一定温度下利用强氧化性进行污染物的去除，但是单纯的碱溶液清洗能力有限，且过氧化氢稳定性较差，需要持续进行补加，碱和双氧水的耗量非常高，工艺稳定性较差。
因此开发一款降低碱和双氧水耗量同时提高清洗效果的硅片清洗剂非常重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，所述太阳能电池硅片清洗剂由氧化剂、硅片润湿剂、表面活性剂、螯合剂、无机盐和余量的水组成。
作为上述技术方案的优选，所述太阳能电池硅片清洗剂，按重量百分比，由以下组分组成：
优选地，本发明所述的氧化剂是过碳酸钠、过硼酸钠、过氧苯甲酸中的一种或两种以上的组合。本发明中的氧化剂可以在硅片表面形成一层亲水的氧化膜，然后该氧化膜又会被NaOH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的脏污和金属离子也随腐蚀层而落入清洗液内。另外氧化剂也可以与硅片表面吸附的有机物发生反应，使其分解而落入清洗液内。
优选地，本发明所述的硅片润湿剂是炔二醇乙氧基化合物、十二碳炔醇聚醚聚醚改性聚硅氧烷化合物、环氧乙烷加成物、非离子型氟碳聚合物中的一种或两种以上的组合。其可以在硅片表面起到润湿和渗透作用，加速对有机物、颗粒、金属等杂质的清洗作用。
优选地，本发明所述的表面活性剂是聚乙二醇、油酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基糖苷、十二烷基苯磺酸钠、异构十三醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种以上的组合。本发明的表面活性剂的疏水段在溶液中与硅片上的有机物结合与包覆，亲水段随水流动通过乳化作用和润湿作用将污垢从硅片表面分离出来，同时水解时产生了具有胶束结构的硅酸，对固体污垢的粒子有悬浮和分散能力，可进一步清洁硅片表面。同时表面活性剂又可以降低清洗剂的表面张力，可以快速剥离掉硅片表面污染物，有效清洗硅片表面，降低硅表面粗糙度
优选地，本发明所述的螯合剂是乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-2Na)、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA-4Na)、次氨基三乙酸二钠(NTA)、柠檬酸(CA)、和葡萄糖酸(GA)、三聚磷酸钠中的一种或两种以上的组合。本发明所述的螯合剂，其螯合配位体能与中心离子同时形成两个或更多的配位键而生成配位化合物，生成比络合物具有更高稳定性的金属螯合物，尤其对于重金属，螯合效果尤佳。其可以有效降低了硅片表面的金属杂质，降低表面金属杂质带来的复合，提高太阳能电池的光电转换效率。
优选地，本发明所述的无机盐是氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫代硫酸钠、硝酸钠中的一种或两种以上的组合。无机盐作为洗涤助剂，可以增强表面活性剂的清洗能力，增强清洗效果。
用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤1)，配制硅片清洗剂：将1-2％的氧化剂、0.05-0.1％的硅片润湿剂、0.1-0.5％的表面活性剂、1-2％的螯合剂、0.5-2％的无机盐加入到95去离子水中，混合均匀后得到硅片清洗剂；
步骤2)，配制硅片清洗液：将步骤1)制得的硅片清洗添加剂按质量比0.4～0.5％加入到碱溶液中，混合均匀制得硅片清洗液。所述碱溶液为质量百分比含量为0.8-1％的双氧水和0.25-0.5％的氢氧化钠混合的水溶液；
步骤3)，将硅片投入步骤2)制得的硅片清洗液中进行清洗，60-70℃清洗100-200s；
优选地，所述步骤3)中的清洗分批连续进行，以400片为一个批次，每批硅片完成清洗后需补加碱、双氧水和硅片清洗剂，循环补液完成批量生产。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的硅片清洗添加剂，可以有效降低生产线上碱和双氧水的耗量。以清洗槽350批寿命来计算，碱耗理论降幅85％，H2O2理论耗量降幅65％。
(2)使用本发明的硅片清洗剂后，很大程度上提升了清洗槽的清洗能力，减少了硅片表面的有机物残留，提升制程良品率及效率，太阳能电池的转换效率提高了0.03-0.05％。
附图说明
图1为产线清洗工艺和单晶硅清洗剂原材料单耗数据对比图；
图2为实施例1、2处理所得太阳能电池片光电转换效率分布对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1、清洗槽配置
在清洗槽中加入320L去离子水、3L氢氧化钠、8L过氧化氢，升温至65℃。将硅片以400pcs为一个批次放入清洗槽，每清洗1批次之后补加碱液140mL、过氧化氢800mL、去离子水4.5L，如此循环补液完成每批硅片清洗。
2、单晶硅制绒
向制绒槽中加入320L去离子水，升温至80℃后保持恒温，然后加入4.5L氢氧化钠、2.5L制绒添加剂，开启循环混合均匀，将清洗后的硅片放入制绒槽中进行反应400s，待反应结束后将硅片取出，进行清洗、干燥即可。
实施例2
1.配置清洗添加剂
将1％的过碳酸钠、0.5％的烷基糖苷、0.1％炔二醇乙氧基化合物、0.5％的三聚磷酸钠、1％的硫酸钠，加入去离子水中，混合均匀后即可制得硅片清洗剂。
2.清洗槽配置
在清洗槽中加入320L去离子水，升温至65℃后保持恒温，然后加入800mL氢氧化钠、2.8L过氧化氢、1.4L清洗添加剂。将硅片以400pcs为一个批次放入清洗槽，每清洗1批次之后补加碱液20mL、过氧化氢280mL、清洗添加剂20mL、去离子水4.5L，如此循环补液完成每批硅片清洗。
3.单晶硅制绒
向制绒槽中加入320L去离子水，升温至80℃后保持恒温，然后加入4.5L氢氧化钠、2.5L制绒添加剂，开启循环混合均匀，将清洗后的硅片放入制绒槽中进行反应400s，待反应结束后将硅片取出，进行清洗、干燥即可。
将实施例1、实施例2清洗制绒后硅片采用相同的工艺条件制作成电池片，测试所制得电池片的平均转换效率。材料单耗数据对比如图1所示，所得太阳能电池片光电转换效率分布对比如图2所示。
从图1可以看出，相比于实施例1(产线清洗工艺)，实施例2(本发明单晶硅清洗剂所用工艺)可以将碱耗量降低85％、双氧水耗量降低65％，降低了太阳能电池的制造成本。从图2可以看出相比于实施例1，实施例2使用本发明制绒前清洗硅片清洗剂可以提升高效电池片的比例。从下表可以看出实施例2相比于实施例1光电转换效率提升了0.047％，主要体现在开路电压增益，表明本发明的硅片清洗剂可以提高太阳能电池的光电转换效率。
| 实施例 | Eta | Uoc | Isc | FF |
| 实施例1 | 22.853 | 0.68524 | 10.26920 | 81.83 |
| 实施例2 | 22.900 | 0.68619 | 10.27648 | 81.83 |
综上所述，本发明所提供的制绒前清洗硅片清洗剂，不仅可以降低碱、过氧化氢的耗量，有效地降低了太阳能电池制造端的生产成本，同时可以提升清洗效果，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的制绒等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述太阳能电池硅片清洗剂由氧化剂、硅片润湿剂、表面活性剂、螯合剂、无机盐和余量的水组成。
2.如权利要求1所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述太阳能电池硅片清洗剂，按重量百分比，由以下组分组成：
3.如权利要求2所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述氧化剂是过碳酸钠、过硼酸钠、过氧苯甲酸中的一种或两种以上的组合。
4.如权利要求2所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述硅片润湿剂是炔二醇乙氧基化合物、十二碳炔醇聚醚聚醚改性聚硅氧烷化合物、环氧乙烷加成物、非离子型氟碳聚合物中的一种或两种以上的组合。
5.如权利要求2所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述表面活性剂是聚乙二醇、油酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基糖苷、十二烷基苯磺酸钠、异构十三醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种以上的组合。
6.如权利要求2所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述螯合剂是乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐、次氨基三乙酸二钠、柠檬酸、和葡萄糖酸、三聚磷酸钠中的一种或两种以上的组合。
7.如权利要求2所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂，其特征在于，所述无机盐是氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫代硫酸钠、硝酸钠中的一种或两种以上的组合。
8.如权利要求2-7中任意一项所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)，配制硅片清洗剂：将1-2％的氧化剂、0.05-0.1％的硅片润湿剂、0.1-0.5％的表面活性剂、1-2％的螯合剂、0.5-2％的无机盐加入到95去离子水中，混合均匀后得到硅片清洗剂；
步骤2)，配制硅片清洗液：将步骤1)制得的硅片清洗添加剂按质量比0.4～0.5％加入到碱溶液中，混合均匀制得硅片清洗液。所述碱溶液为质量百分比含量为0.8-1％的双氧水和0.25-0.5％的氢氧化钠混合的水溶液；
步骤3)，将硅片投入步骤2)制得的硅片清洗液中进行清洗，60-70℃清洗100-200s。
9.如权利要求8所述的用于太阳能电池制绒前清洗的硅片清洗剂的使用方法，其特征在于，所述步骤3)中的清洗分批连续进行，以400片为一个批次，每批硅片完成清洗后需补加碱、双氧水和硅片清洗剂，循环补液完成批量生产。
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