TWI589655B

TWI589655B - 結晶矽鹼性拋光液的添加劑及其應用

Info

Publication number: TWI589655B
Application number: TW105106755A
Authority: TW
Inventors: 章圓圓; 符黎明; 史文龍; 宋衛平
Original assignee: 常州時創能源科技有限公司
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-07-01
Also published as: TW201731992A

Description

結晶矽鹼性拋光液的添加劑及其應用

本發明涉及結晶矽鹼性拋光液的添加劑及其應用。

矽片表面的絨面製作對於太陽電池來說至關重要，不僅可以顯著降低矽的反射率，而且可以通過增加光在矽中的光程來增加矽對光的吸收。目前輔助出絨的方法很多，包括各種製絨添加劑，可以保證絨面出絨率達到100%，讓製絨工藝變成一個可控的生產環節。隨著製絨工藝的發展，絨面的均勻性是提升電池效率的方法之一。絨面的均勻性越好，則電池片的開壓越高，從而效率也越高。然而，目前習知製絨後的絨面均勻性不佳，如金字塔的尺寸不均一，同時亦有金字塔塔肩上再生長小金字塔的現象。而經過先拋光後製絨工藝的矽片，可以實現均勻的金字塔結構，從而提升電池片的開壓和效率。很多公司採用高濃度的鹼溶液進行拋光後，再在低濃度鹼液中製絨，電池效率獲得了明顯的提升。但這種預處理經常帶來外觀方面的困擾，這是因為在高溫高鹼濃度的溶液中進行拋光時，矽酸鈉極易在表面殘留，並且矽酸鈉在進入製絨槽前就會固化，嚴重干擾矽片後續的製絨過程，導致矽酸鈉覆蓋的區域沒有金字塔絨面，在矽片表面呈現發亮的白斑，嚴重影響電池的外觀和成品率。

實現低溫低鹼濃度的矽片拋光，同時避免相應的外觀問題，這將是拋光添加劑的機會和挑戰。

另一方面，目前流行的PERC電池(鈍化射極及背接觸式電池，Passivated emitter rear contact solar cells)工藝需要比較平整的背面進行氧化鋁鈍化，優化的方案是背面選用鹼溶液拋光，這樣表面態密度更低，鈍化效果更好。但一般的鹼溶液拋光形成的背面平整度不高，台階面過多，導致後續的鈍化效果降低。如何提升鹼拋光效果以獲得滿意的鈍化結果，對於PERC電池來說有著重要的意義。

本發明的目的在於提供一種結晶矽鹼性拋光液的添加劑及其應用，在對矽片進行製絨前的拋光預處理時，將本發明的添加劑加入到鹼性溶液中，可達到優異的拋光效果，可在低鹼濃度下實現矽片拋光，提高絨面的均勻性，從而顯著提高電池開路電壓和電池效率；且本發明添加劑也適用於矽片擴散後的單面拋光，能夠獲得相對平整、均勻的背拋光表面，特別適用於PERC電池工藝，能輔助實現對PERC電池鈍化效果的提高。

為實現上述目的，本發明提供一種結晶矽鹼性拋光液的添加劑，由0.5~2%聚乙二醇、0.5~2%烷基糖苷、0.5~2%硬酯酸銨、1~3%的乙二胺、1~5%的硫酸銨、2~8%的尿素和餘量的水組成。

優選的，所述的結晶矽鹼性拋光液的添加劑，由1~1.5%聚乙二醇、1~1.5%烷基糖苷、0.5~1%硬酯酸銨、1~2%的乙二胺、2~4%的硫酸銨、3~6%的尿素和餘量的水組成。

優選的，所述水為去離子水。

本發明還提供一種結晶矽鹼性拋光液，通過如下步驟配製：1)將氫氧化鈉、氫氧化鉀或四甲基氫氧化銨溶於去離子水中，得到鹼性溶液；所述氫氧化鈉、氫氧化鉀的品質百分含量為1~5%；所述四甲基氫氧化銨的品質百分含量為2~6%；2)將上述的添加劑加入上述步驟1)中的鹼性溶液中，得到結晶矽鹼性拋光液；其中，添加劑與鹼性溶液的品質比為1~6：100。

一種優選的方案，所述氫氧化鈉、氫氧化鉀的品質百分含量為2~3%；所述四甲基氫氧化銨的品質百分含量為3~5%。

另一種優選的方案，所述氫氧化鈉、氫氧化鉀的品質百分含量為1~1.5%；所述四甲基氫氧化銨的品質百分含量為2~2.5%。

優選的，所述添加劑與鹼性溶液的品質比為2~4：100。

本發明還提供一種結晶矽拋光方法，將單晶或多晶矽片浸入到上述的拋光液中進行拋光，溫度控制在攝氏60~80度，時間控制在0.5~5分鐘。

本發明的優點和有益效果在於：提供一種結晶矽鹼性拋光液的添加劑及其應用，在對矽片進行表面拋光時，將本發明的添加劑加入到鹼性溶液中，可達到優異的拋光效果，可在低鹼濃度下實現拋光，且本發明添加劑能適用於先拋光後製絨的工藝，能使矽片的拋光效果提高，同時降低成本，縮短反應時間，降低電池片碎片率，提高電池片的產能，同時提高電池片的光電轉換效率。

添加劑中的硬酯酸銨、硫酸銨能使矽片在較小減重下即可獲得穩定的均勻金字塔結構；選擇將乙二胺、尿素添加在拋光體系中，可以使後道製絨的絨面尺寸和反射率可控，從而滿足不同的需求。

採用本發明添加劑，能使拋光反應速度加快，並可在低鹼濃度下實現拋光，節約鹼用量15-30%。本發明添加劑應用範圍廣，既能應用於單晶矽片的拋光，亦能應用於多晶矽片的拋光。本發明添加劑更能適用於先拋光後製絨的工藝，經過先拋光後製絨工藝後獲得的絨面相對只經過製絨的絨面更加均勻，金字塔沒有疊加的狀態，從而提升開壓，提升電池效率0.2%以上，並且減重可控制在0.5-0.7公克(156單晶矽片)，與習知鹼製絨工藝相當。當然，本發明添加劑也能適用於先製絨後背拋光的工藝，矽片經過背拋光後能獲得均勻平整的絨面。

圖1是習知背拋光矽片表面拋光面的顯微鏡照片；圖2是實施例1得到的矽片表面拋光面的顯微鏡照片；圖3是習知製絨絨面的掃描電鏡照片；圖4是實施例2得到的先拋光後製絨絨面的掃描電鏡照片。

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

本發明具體實施的技術方案是：

實施例1

先拋光後製絨，其中拋光工藝採取如下步驟：1)配製結晶矽鹼性拋光液的添加劑：以去離子水為溶劑，將2公克聚乙二醇(PEG)、2公克烷基糖苷(Alkyl polygylcosides)、2公克硬脂酸銨(Ammonium stearate)、3公克的乙二胺(Ethylenediamine)、5公克的硫酸銨(Ammonium sulfate)、8公克的尿素(Urea)溶解於去離子水中，製得100公克添加劑；2)配製鹼性溶液：將50公克氫氧化鈉溶解於去離子水中，得到1000公克鹼性溶液；3)在1000公克鹼性溶液中加入60公克添加劑；4)將單晶矽片浸入拋光液中進行拋光，溫度控制在攝氏80度，時間控制在5分鐘。

習知背拋光矽片表面拋光面的顯微鏡照片如圖1所示，可以看到，習知背拋後拋光面方塊尺寸不均一，且拋光面不平整。圖2給出了本實施例得到的矽片表面拋光面的顯微鏡照片，從圖2中可以看到矽片表面形成了均勻平滑的方塊結構，尺寸約為20~30μm(微米)。

實施例2

先拋光後製絨，其中拋光工藝採取如下步驟：1)配製結晶矽鹼性拋光液的添加劑：以去離子水為溶劑，將0.5公克聚乙二醇、0.5公克烷基糖苷、0.5公克硬脂酸銨、1公克的乙二胺、1公克的硫酸銨、2公克的尿素溶解於去離子水中，製得100公克添加劑；2)配製鹼性溶液：將20公克四甲基氫氧化銨溶解於去離子水中，得到1000公克鹼性溶液；3)在1000公克鹼性溶液中加入10公克添加劑；4)將單晶矽片浸入拋光液中進行拋光，溫度控制在攝氏60度，時間控制在0.5分鐘。

習知製絨絨面的掃描電鏡照片如圖3所示，圖4給出了本實施得到的先拋光後製絨絨面的掃描電鏡照片，從圖4中可以看到經過拋光-製絨工藝後獲得的絨面相對只經過製絨的絨面更加均勻，金字塔沒有疊加的狀態。

實施例3

先製絨後背拋光，其中拋光工藝採取如下步驟：1)配製結晶矽鹼性拋光液的添加劑：以去離子水為溶劑，將1.5公克聚乙二醇、1.5公克烷基糖苷、1公克硬脂酸銨、2公克的乙二胺、4公克的硫酸銨、6公克的尿素溶解於去離子水中，製得100公克添加劑；2)配製鹼性溶液：將30公克氫氧化鉀溶解於去離子水中，得到1000公克鹼性溶液；3)在1000公克鹼性溶液中加入40公克添加劑； 4)將多晶矽片浸入拋光液中進行拋光，溫度控制在攝氏70度，時間控制在2.5分鐘。

實施例4

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為10公克，聚乙二醇為1公克。

實施例5

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為12公克，烷基糖苷為1公克。

實施例6

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為15公克，硬脂酸銨為0.7公克。

實施例7

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為18公克，乙二胺為1.5公克。

實施例8

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為20公克，硫酸銨為1.4公克。

實施例9

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為25公克，尿素為2.5公克。

實施例10

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為30公克，在1000公克鹼性溶液中加入15公克添加劑。

實施例11

在實施例1的基礎上，改氫氧化鈉為40公克，聚乙二醇為1.8公克。

實施例12

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為23公克，聚乙二醇為0.7公克。

實施例13

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為25公克，烷基糖苷為0.6公克。

實施例14

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為27公克，硬脂酸銨為1.5公克。

實施例15

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為30公克，乙二胺為2.5公克。

實施例16

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為40公克，硫酸銨為2公克。

實施例17

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為50公克，尿素為3公克。

實施例18

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為55公克，在1000 公克鹼性溶液中加入20公克添加劑。

實施例19

在實施例2的基礎上，改四甲基氫氧化銨為60公克，烷基糖苷為1.7公克。

實施例20

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為10公克，聚乙二醇為1.3公克。

實施例21

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為13公克，烷基糖苷為1.4公克。

實施例22

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為15公克，硫酸銨為2.5公克。

實施例23

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為17公克，尿素為4公克。

實施例24

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為20公克，在1000公克鹼性溶液中加入30公克添加劑。

實施例25

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為25公克，硫酸銨為4.5公克。

實施例26

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為40公克，尿素為7公克。

實施例27

在實施例3的基礎上，改氫氧化鉀為50公克，在1000公克鹼性溶液中加入50公克添加劑。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

Claims

一種結晶矽鹼性拋光液的添加劑，其特徵在於，以質量為基準，由0.5~2%聚乙二醇、0.5~2%烷基糖苷、0.5~2%硬脂酸銨、1~3%的乙二胺、1~5%的硫酸銨、2~8%的尿素和餘量的水組成。
如申請專利範圍第1項所述的結晶矽鹼性拋光液的添加劑，其特徵在於，以質量為基準，由1~1.5%聚乙二醇、1~1.5%烷基糖苷、0.5~1%硬脂酸銨、1~2%的乙二胺、2~4%的硫酸銨、3~6%的尿素和餘量的水組成。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的結晶矽鹼性拋光液的添加劑，其特徵在於，該水為去離子水。
一種結晶矽鹼性拋光液，其特徵在於，以質量為基準，通過如下步驟配製：1)將氫氧化鈉、氫氧化鉀或四甲基氫氧化銨溶於去離子水中，得到鹼性溶液；該氫氧化鈉、該氫氧化鉀的品質百分含量為1~5%；該四甲基氫氧化銨的品質百分含量為2~6%；2)將申請專利範圍第1項至第3項其中任一項所述的結晶矽鹼性拋光液的添加劑加入該步驟1)中的該鹼性溶液中，得到結晶矽鹼性拋光液；其中，該結晶矽鹼性拋光液的添加劑與該鹼性溶液的品質比為1~6：100。
如申請專利範圍第4項所述的結晶矽鹼性拋光液，其特徵在於，以質量為基準，該氫氧化鈉、該氫氧化鉀的品質百分含量為2~3%；該四甲基氫氧化銨的品質百分含量為3~5%。
如申請專利範圍第4項所述的結晶矽鹼性拋光液，其特徵在於，以質量為基準，該氫氧化鈉、該氫氧化鉀的品質百分含量為1~1.5%；該四甲基氫氧化銨的品質百分含量為2~2.5%。
如申請專利範圍第4項至第6項任一項所述的結晶矽鹼性拋光液，其特徵在於，以質量為基準，該結晶矽鹼性拋光液的添加劑與該鹼性溶液的品質比為2~4：100。
一種結晶矽拋光方法，其特徵在於，將單晶或多晶矽片浸入到申請專利範圍第4項至第7項其中任一項所述的結晶矽鹼性拋光液中進行拋光，溫度控制在攝氏60~80度，時間控制在0.5~5分鐘。