專利名稱：一種單晶硅制絨添加劑以及單晶硅制絨工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種單晶硅制絨添加劑以及單晶硅制絨工藝，屬于太陽能電池生產(chǎn)制 絨工藝技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前常規(guī)硅太陽電池生產(chǎn)的工藝流程為表面預清洗、制絨去除損傷層并形成減反 射的絨面結(jié)構(gòu)、化學清洗并干燥；通過液態(tài)源擴散的方法在硅片表面各點形成均勻摻雜的 PN結(jié)；去除擴散過程中形成的周邊PN結(jié)和表面磷硅玻璃；表面沉積鈍化和減反射膜；制作 太陽電池的背面電極、背面電場和正面電極；燒結(jié)形成歐姆接觸，從而完成整個電池片的制 作過程。其中制絨去除損傷層并形成減反射的絨面結(jié)構(gòu)這一步驟，目前大都采用化學腐蝕 的方法來實現(xiàn)。制絨是用化學或物理方法去除硅片表面損傷層并形成減反射的絨面結(jié)構(gòu)的過程， 目前常規(guī)制絨工藝一般采用氫氧化鈉或氫氧化鉀，并添加適當異丙醇和硅酸鈉的混合溶液 進行制絨。其缺點是制絨時間較長，制絨金字塔大而不均勻，對原始硅片表面狀態(tài)要求高， 化學品消耗也比較大，并且溶液壽命短，制絨重復性差，異丙醇等揮發(fā)量很大，需要不斷調(diào) 液，操作難度高，從而帶來制絨外觀不良率很高，電池片轉(zhuǎn)換效率較低等問題。為了解決常規(guī)制絨工藝帶來的技術(shù)難題，需要尋找一種輔助制絨用的催化劑，使 得化學反應均勻進行，溶液濃度和反應速度可控性更好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制絨穩(wěn)定性非常好的添加劑以及單晶硅制絨工藝，拋棄 常規(guī)制絨使用硅酸鈉緩釋和低沸點的異丙醇消泡等輔助化學品制絨的方法，使之有更寬的 工藝窗口和更高的溶液壽命，使得制絨質(zhì)量有很大提高、成本大大降低、工藝操作更簡單， 從而實現(xiàn)自動配液。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種單晶硅制絨添加劑，由潤濕劑和消泡劑組 成，其特征在于，所述的潤濕劑為非離子型或陰離子型表面活性劑；所述的非離子型表面活 性劑為烷基糖苷(APG)、聚山梨酸酯80、異構(gòu)醇聚氧乙烯醚、葡萄糖酸內(nèi)酯以及紅糖中的一 種或兩種以上的組合物；所述的陰離子型表面活性劑為DOWFAX 3B2 (十烷基二苯醚二磺酸 鈉)和甜蜜素(環(huán)己基氨基磺酸鈉)中的一種或兩種的組合物。所述的消泡劑優(yōu)選為山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚醚多元醇和有機硅表面活性劑中的 一種或兩種以上的組合物。所述的潤濕劑和消泡劑的重量比為1 5 :1 2。由此組分構(gòu)成的添加劑能夠降低腐蝕液在硅片表面的張力，溶解硅片表面的有機 物，并可以消除和抑制氣泡的形成，起到化學催化緩蝕的作用。因此本發(fā)明添加劑在化學腐 蝕中可作用于擴散和反應限制溶解過程，使反應“自停止”，減少了腐蝕克重，并增大各向異 性因子，使得(111)面反應速率更慢，非(111)面反應速率更快。另外大量有機親水基等基團作為金字塔的起絨點大大提高了金字塔成核密度，形成大量小尺寸的金字塔。所述添加 劑可完全替代傳統(tǒng)制絨工藝所使用的硅酸鈉和IPA，溶液壽命長達M小時，可降低70%以上 的化學品用量，實現(xiàn)無COD或微量COD制絨，減少環(huán)境污染和廢水處理費用，降低了電池制 造成本。本發(fā)明還提供了一種單晶硅制絨工藝，其特征在于，具體步驟為
第一步將去離子水加熱到70-80°C，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀，得到單晶硅制絨腐蝕 液，其中，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為1% 洲；
第二步將上述單晶硅制絨添加劑加入單晶硅制絨腐蝕液中得到混合溶液，其中，單晶 硅制絨添加劑的體積百分比濃度為0. 3%_2%，；
第三步將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中600s-1200s進行制絨。根據(jù)上述添加劑添加量的多少，所述第二步的混合溶液中可以適量添加異丙醇， 異丙醇的添加量為原始混合溶液總體積的0-6%。所述第三步中的制絨工藝可分批連續(xù)進行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅 片制絨之前補充氫氧化鈉或氫氧化鉀以及單晶硅制絨添加劑，所述氫氧化鈉或氫氧化鉀每 次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 1%-0. 25%，單晶硅制絨添加劑每次補充的 量為原始混合溶液總體積的0. 03%-0. 08%。每批硅片制絨之前根據(jù)添加劑的補加量可以適 量補充異丙醇，異丙醇每次補充的量為原始混合溶液總體積的0-0. 8%。本發(fā)明的有益效果在于
1、制絨時間可控制在600S-1200S，比傳統(tǒng)制絨工藝時間縮短10分鐘以上，大大提高了 生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)能。2、可完全替代傳統(tǒng)制絨工藝所使用的硅酸鈉和IPA，該添加劑不會增加額外的污 染，對人體無毒無害，溶液壽命長達M小時，克服了 IPA和硅酸鈉的所有制絨缺陷，并降低 了 70%以上的化學品用量，實現(xiàn)無COD制絨，減少環(huán)境污染和廢水處理費用，降低了電池制 造成本。3、腐蝕克重在0.3g左右，顯著減少了制絨腐蝕量，可降低硅片翹曲度，減少破碎 率。另外絨面尺寸金字塔尺寸可控制在3士2um，腐蝕克重控制在0. 3士0. lg，表面反射率 ^ 14%，細小均勻，可顯著提高制絨產(chǎn)能，降低表面反射率、改善擴散方阻均勻性和絲網(wǎng)印刷 燒結(jié)歐姆接觸優(yōu)良性，提高Isc、Voc和FF。4、工藝窗口變寬，制絨過程中對NaOH的化學品用量和工藝溫度等的控制范圍變 寬，對各種片源的適應性大大增強，并且對設備硬件等的要求也降低，制絨過程穩(wěn)定可靠， 員工操作簡便，可完全實現(xiàn)全自動化配液。5、可有效去除原始硅片表面有機物沾污，去除手指印等，表面色澤細膩均勻，大大 降低了制絨表面不良率，提高優(yōu)質(zhì)品率。綜上所述，本發(fā)明添加劑使得工藝控制簡單穩(wěn)定，降低了能耗，增強了過程控制能 力，從而大大提高了產(chǎn)品各方面的控制質(zhì)量，降低了生產(chǎn)各方面的成本，增加了企業(yè)綜合經(jīng) 濟效益。


圖1為本發(fā)明制絨工藝所得產(chǎn)品表面金字塔SEM圖；圖2為傳統(tǒng)制絨工藝所得產(chǎn)品表面金字塔SEM圖； 圖3為本發(fā)明制絨反射率曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例來具體說明本發(fā)明。實施例1
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為2 1的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑 為烷基糖苷(APG-0810)。所述的消泡劑為山梨糖醇酐脂肪酸酯(S-20)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到70°C，加入氫氧化鈉，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化 鈉的質(zhì)量百分比濃度為1% ；將上述單晶硅制絨添加劑加入單晶硅制絨腐蝕液中得到混合 溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為0. 3%;將預清洗后的原始硅片放入上 述混合溶液中600s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進行，第一批原始硅片制絨完成后，每批 硅片制絨之前補充氫氧化鈉以及單晶硅制絨添加劑，所述氫氧化鈉每次補充的量為原始單 晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 1%，單晶硅制絨添加劑每次補充的量為原始混合溶液總體積的 0. 03%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使 表面具有良好的陷光效果。(3)擴散制作PN結(jié)
將制絨完的硅片兩片為一組插入石英舟中，放在管式擴散爐SiC懸臂槳上，以液態(tài)三 氯氧磷(POCl3)為原料，進行單面擴散工藝，石英舟進爐后通入的源在850攝氏度左右的溫 度下反應并分解為磷單質(zhì)從硅片表面向硅片內(nèi)部擴散，在硅片待制作柵電極的前表面擴散 一層方塊電阻在50-60 ohm的磷摻雜層。(4)周邊刻蝕并去除磷硅玻璃
將擴散完的硅片迭成一疊放入等離子刻蝕機內(nèi)，通入CF‘和O2反應氣體，經(jīng)輝光離子 化后轟擊硅片邊緣發(fā)生等離子反應，除去硅片邊緣的PN結(jié)。將刻蝕后的硅片置于體積百分比為10%左右的氫氟酸溶液中，清洗3-5分鐘將硅 片在擴散時表面形成的磷硅玻璃副產(chǎn)物去除干凈。(5)制作減反射膜
采用等離子增強化學氣相沉積法在硅片的擴散面沉積一層氮化硅減反射膜，薄膜的厚 度控制在SOnm左右，折射率控制在2. 1左右，以保證有良好的減反射和鈍化效果。(6)絲網(wǎng)印刷并燒結(jié)
用絲網(wǎng)印刷的方法，在背面先印刷背面Ag電極漿料，再印刷背面Al電場漿料，并分 別在200°C 300°C的溫度下烘干，最后印刷正面Ag電極漿料后硅片傳送至燒結(jié)爐，先在 300°C左右的溫度下烘干后，接著進入表面溫度為500°C 800°C的氣氛下進行燒結(jié)。背面 電極和電場漿料通過該燒結(jié)，形成太陽能電池背面Ag電極和背面Al背場，而正面電極漿料 則穿過鈍化及減反射層與擴散層接觸，形成具有良好歐姆接觸的太陽能電池的正面Ag電 極。從而整個太陽電池工藝制作完畢。實施例2
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為1 :2的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑為聚山梨酸酯80。所述的消泡劑為聚醚多元醇(F68)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到80°C，加入氫氧化鉀，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鉀 的質(zhì)量百分比濃度為2、；將上述單晶硅制絨添加劑和異丙醇加入單晶硅制絨腐蝕液中得 到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為2%，異丙醇的體積百分比濃度為 6% ；將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中1200s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進行， 第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鉀以及單晶硅制絨添加劑，所 述氫氧化鉀每次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 25%，單晶硅制絨添加劑每 次補充的量為原始混合溶液總體積的0. 08%。每批硅片制絨之前還補充異丙醇，異丙醇每次 補充的量為原始混合溶液總體積的0. 8%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在 l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使表面具有良好的陷光效果。步驟(3 ) - (6 )與實施例1相同。實施例3
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為1:1的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑 為異構(gòu)醇聚氧乙烯醚(型號1305)。所述的消泡劑為有機硅表面活性劑(BI-300)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到75°C，加入氫氧化鈉，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鈉 的質(zhì)量百分比濃度為1. 5% ；將上述單晶硅制絨添加劑和異丙醇加入單晶硅制絨腐蝕液中 得到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為1%，異丙醇的體積百分比濃度 為3%;將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中1000s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進 行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鈉以及單晶硅制絨添加劑， 所述氫氧化鈉每次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 2%，單晶硅制絨添加劑每 次補充的量為原始混合溶液總體積的0. 05%。每批硅片制絨之前還補充異丙醇，異丙醇每次 補充的量為原始混合溶液總體積的0. 4%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在 l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使表面具有良好的陷光效果。步驟(3 ) - (6 )與實施例1相同。實施例4
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為2 1的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑 為葡萄糖酸內(nèi)酯。所述的消泡劑為有機硅表面活性劑(Β (-300)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到75°C，加入氫氧化鈉，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鈉 的質(zhì)量百分比濃度為1. 5% ；將上述單晶硅制絨添加劑和異丙醇加入單晶硅制絨腐蝕液中 得到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為1%，異丙醇的體積百分比濃度 為3%;將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中1000s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進 行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鈉以及單晶硅制絨添加劑， 所述氫氧化鈉每次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 2%，單晶硅制絨添加劑每 次補充的量為原始混合溶液總體積的0. 05%。每批硅片制絨之前還補充異丙醇，異丙醇每次 補充的量為原始混合溶液總體積的0. 4%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在 l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使表面具有良好的陷光效果。
步驟(3 ) - ( 6 )與實施例1相同。實施例5
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為3 1的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑 為十烷基二苯醚二磺酸鈉。所述的消泡劑為有機硅表面活性劑(Β (-300)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到75°C，加入氫氧化鈉，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鈉 的質(zhì)量百分比濃度為1. 5% ；將上述單晶硅制絨添加劑和異丙醇加入單晶硅制絨腐蝕液中 得到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為1%，異丙醇的體積百分比濃度 為3%;將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中1000s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進 行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鈉以及單晶硅制絨添加劑， 所述氫氧化鈉每次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 2%，單晶硅制絨添加劑每 次補充的量為原始混合溶液總體積的0. 05%。每批硅片制絨之前還補充異丙醇，異丙醇每次 補充的量為原始混合溶液總體積的0. 4%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在 l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使表面具有良好的陷光效果。步驟(3 ) - (6 )與實施例1相同。實施例6
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為4 1的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑 為紅糖。所述的消泡劑為有機硅表面活性劑(BI-300)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到75°C，加入氫氧化鈉，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鈉 的質(zhì)量百分比濃度為1. 5% ；將上述單晶硅制絨添加劑和異丙醇加入單晶硅制絨腐蝕液中 得到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為1%，異丙醇的體積百分比濃度 為3%;將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中1000s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進 行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鈉以及單晶硅制絨添加劑， 所述氫氧化鈉每次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 2%，單晶硅制絨添加劑每 次補充的量為原始混合溶液總體積的0. 05%。每批硅片制絨之前還補充異丙醇，異丙醇每次 補充的量為原始混合溶液總體積的0. 4%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在 l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使表面具有良好的陷光效果。步驟(3 ) - ( 6 )與實施例1相同。實施例7
(1)配制單晶硅制絨添加劑，由重量比為5 1的潤濕劑和消泡劑組成，所述的潤濕劑 為環(huán)己基氨基磺酸鈉。所述的消泡劑為有機硅表面活性劑(Β (-300)。(2)單晶硅制絨工藝
將去離子水135L加熱到75°C，加入氫氧化鈉，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鈉 的質(zhì)量百分比濃度為1. 5% ；將上述單晶硅制絨添加劑和異丙醇加入單晶硅制絨腐蝕液中 得到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為1%，異丙醇的體積百分比濃度 為3% ；將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中1000s進行制絨。制絨工藝分批連續(xù)進 行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鈉以及單晶硅制絨添加劑， 所述氫氧化鈉每次補充的量為原始單晶硅制絨腐蝕液總質(zhì)量的0. 2%，單晶硅制絨添加劑每次補充的量為原始混合溶液總體積的0. 05%。每批硅片制絨之前還補充異丙醇，異丙醇每次 補充的量為原始混合溶液總體積的0. 4%。在100晶向的硅片表面形成均勻一致的大小在 l-3um的“金字塔”狀絨面結(jié)構(gòu)，使表面具有良好的陷光效果。步驟(3 ) - (6 )與實施例1相同。
本發(fā)明的實施效果如附圖所述，圖1為本發(fā)明制絨工藝所得產(chǎn)品表面金字塔SEM圖，制 絨后的表面金字塔分布均勻，大小控制在l-3um，另外從圖3的本發(fā)明制絨反射率曲線圖來 看，制絨后的硅片表面反射率相對較低，積分反射率一般在13-14%，可提高短路電流Isc。 而從圖2傳統(tǒng)制絨工藝的表面金字塔SEM圖來看，制絨后的金字塔大都在3-lOum，且均勻性 很差，表面積分反射率一般在14-15%。另外從以下加工的成品指標對比數(shù)據(jù)來看
權(quán)利要求
1.一種單晶硅制絨添加劑，由潤濕劑和消泡劑組成，其特征在于，所述的潤濕劑為非離 子型或陰離子型表面活性劑；所述的非離子型表面活性劑為烷基糖苷、聚山梨酸酯、異構(gòu)醇 聚氧乙烯醚、葡萄糖酸內(nèi)酯以及紅糖中的一種或兩種以上的組合物；所述的陰離子型表面 活性劑為十烷基二苯醚二磺酸鈉和環(huán)己基氨基磺酸鈉中的一種或兩種的組合物。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶硅制絨添加劑，其特征在于，所述的消泡劑為山梨糖醇酐 脂肪酸酯、聚醚多元醇和有機硅表面活性劑中的一種或兩種以上的組合物。
3.如權(quán)利要求1所述的單晶硅制絨添加劑，其特征在于，所述的潤濕劑和消泡劑的重 量比為1 5 :1 2。
4.一種單晶硅制絨工藝，其特征在于，具體步驟為第一步將去離子水加熱到70-80°C，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀，得到單晶硅制絨腐蝕 液，其中，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為1% 洲；第二步將權(quán)利要求1所述的單晶硅制絨添加劑加入單晶硅制絨腐蝕液中得到混合溶 液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為0. 3%-2% ；第三步將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中600s-1200s進行制絨。
5.如權(quán)利要求4所述的單晶硅制絨工藝，其特征在于，所述第二步的混合溶液中適量 添加異丙醇，異丙醇的添加量為原始混合溶液總體積的0-6%。
6.如權(quán)利要求4所述的單晶硅制絨工藝，其特征在于，所述第三步中的制絨工藝分 批連續(xù)進行，第一批原始硅片制絨完成后，每批硅片制絨之前補充氫氧化鈉或氫氧化鉀 以及單晶硅制絨添加劑，所述氫氧化鈉或氫氧化鉀每次補充的量為原始單晶硅制絨腐 蝕液總質(zhì)量的0. 1%-0. 25%，單晶硅制絨添加劑每次補充的量為原始混合溶液總體積的 0. 03%-0. 08%。
7.如權(quán)利要求6所述的單晶硅制絨工藝，其特征在于，每批硅片制絨之前適量補充異 丙醇，異丙醇每次補充的量為原始混合溶液總體積的0-0. 8%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單晶硅制絨添加劑以及單晶硅制絨工藝。所述的單晶硅制絨添加劑，由潤濕劑和消泡劑組成，其特征在于，所述的潤濕劑為非離子型表面活性劑。所述的單晶硅制絨工藝為將去離子水加熱到70-80℃，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀，得到單晶硅制絨腐蝕液，其中，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質(zhì)量百分比濃度為1%～2%；將所述的單晶硅制絨添加劑加入單晶硅制絨腐蝕液中得到混合溶液，其中，單晶硅制絨添加劑的體積百分比濃度為0.3%-2%；將預清洗后的原始硅片放入上述混合溶液中600s-1200s進行制絨。本發(fā)明使得制絨質(zhì)量有很大提高、成本大大降低、工藝操作更簡單，從而實現(xiàn)自動配液。
文檔編號C30B33/10GK102115915SQ20101061890
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者石勁超, 陸海斌 申請人:百力達太陽能股份有限公司