矽晶片蝕刻廢水處理系統的製作方法
2023-04-23 16:22:11
專利名稱：矽晶片蝕刻廢水處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及化學腐蝕廢物體系的處理系統，具體地講，涉及一種矽晶片蝕刻廢水處理系統。
背景技術：
在太陽能電池生產工藝一般分為擴散前清洗(制絨)、擴散、擴散後清洗、蝕刻、PECVD、絲網印刷、燒結、分類檢測和封裝，其中制絨工序的主要作用是去除矽片表面切割損傷層，形成陷光結構的表面絨面結構；蝕刻的主要作用是去除擴散後矽片四周的N型矽，以防漏電，目前，一般採用幹法和溼法兩種蝕刻方法。制絨工序和溼法蝕刻通常使用包括氫氟酸和硝酸等的混合酸的酸腐蝕，和利用氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼的鹼清洗。酸腐蝕的原理是 先用HNO3將矽氧化生產SiO2，然後再通過HF去除SiO2，其中的化學反應方程式如下3Si+4HN0s — 3Si02+4N0+2H20Si02+6HF — H2SiF6+2H20其中蝕刻溶液還對太陽能電池表面進行拋光和清潔，一般將蝕刻液噴射在太陽能電池上或將太陽能電池浸入蝕刻溶液中。中國專利申請201010577683. 9公開了一種矽晶片的腐蝕廢水處理以及處理設備，具體公開了用氫氧化鈉水溶液蝕刻矽晶片時所排出的廢水的處理方法以及處理系統，包括向該蝕刻廢水中添加酸而析出二氧化矽並對二氧化矽進行固液分離。至今還沒有公開對用酸腐蝕矽晶片後產生的廢物體系進行處理的方法，在生產過程中，需要不斷地排出酸腐蝕產生的廢物體系，添加新鮮的酸腐蝕溶液，且清潔過程中產生的氣體沒有得到回收。這樣在太陽能電池的蝕刻和制絨過程中，需要使用大量的酸腐蝕溶液，且會產生大量的酸腐蝕廢液和有毒氣體NO，在所述廢液中包含HF、HNO3> H2SiF6, Si和水。從資源利用和環境保護等方面來講，常規工藝沒有對酸腐蝕溶液充分利用，這樣造成了浪費，增加了成本，同時也給環境處理增加了負擔。希望有一種處理系統，能夠對酸腐蝕矽晶片後產生的廢物體系進行處理，從而使得酸腐蝕溶液得到充分利用。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種矽晶片蝕刻廢水處理系統，以使酸腐蝕溶液得到充分利用。本實用新型所要解決的技術問題可以通過以下技術方案得以解決本實用新型實施例提供一種矽晶片蝕刻廢水處理系統，其包括A)與工作槽相連通以接收工作槽中的蝕刻廢水從而分離出固體Si和殘餘廢液的固液分離裝置；B)用於接收所述殘餘廢液的酸再生與矽再生系統，所述酸再生與矽再生系統與所述固液分離裝置相連通；[0014]C)與所述酸再生與矽再生系統相連通以接收所述酸再生與矽再生系統導出的含固體Si、氣體HF及多餘H2SiF6溶液的混合物的減壓蒸餾裝置，所述減壓蒸餾裝置還與所述固液分離裝置相連通 '及D)與所述減壓蒸餾裝置以及工作槽相連通的酸性吸收塔。本實用新型實施例提供一種矽晶片蝕刻廢水處理系統，是在工作槽中利用HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液對矽晶片進行蝕刻時所排出的H2SiF6溶液進行循環再利用，其特徵在於，所排出的H2SiF6溶液通過酸再生與矽再生系統中的電解反應槽電解析出固體Si和酸性氣體HF，其中，所析出的固體Si被分離出並回收再利用，所析出的酸性氣體HF被水吸收後導入到所述工作槽中形成可回收利用的混合酸蝕刻溶液中的HF溶液。本實用新型還提供一種應用於上述矽晶片蝕刻廢水處理系統的處理方法，其中，在工作槽中由HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液對矽晶片進行蝕刻以排出蝕刻廢 水，所述蝕刻廢水中包含有固體Si、以及產物H2SiF6溶液與第一部分氣體NO，其中，第一部分氣體NO和空氣中氣體O2進一步反應產生第一部分氣體NO2,其特徵在於，所述處理方法包括如下步驟A)由固液分離裝置分離出固體Si，並得到殘餘廢液；B)由酸再生與矽再生系統中的電解反應槽使殘餘廢液中的H2SiF6溶液發生電解反應，以得到固體Si、氣體HF ;和C)將氣體HF和第一部分氣體NO2收集於水中，以形成HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液；其中，所述電解得到的固體Si導入到固液分離裝置中進行分離並回收再利用。本實用新型處理系統可實現太陽能電池的酸腐蝕溶液的循環利用，從而減少酸腐蝕溶液的消耗，消除酸腐蝕廢液的產生並避免有毒廢氣的排放，且由於使蝕刻、拋光或清潔加工穩定而改善電池效率，從而提供經濟效益並保護環境。
圖I是本實用新型矽晶片蝕刻廢水處理系統的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型實施例進行詳細說明，以使本實用新型的處理系統的特徵和優點更清楚，但本實用新型不局限於本文中列出的實施例。本實用新型涉及一種矽晶片蝕刻廢水處理系統，是在工作槽I中利用HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液對矽晶片進行蝕刻時所排出的H2SiF6溶液進行循環再利用，所排出的H2SiF6溶液通過酸再生與矽再生系統3中的電解反應槽3-1和3-2電解析出固體Si和酸性氣體HF，其中，所析出的固體Si被分離出並回收再利用，所析出的酸性氣體HF被水吸收後再次導入到所述工作槽I中以形成可回收利用的混合酸蝕刻溶液中的HF溶液。I、在工作槽I中，因HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液對矽晶片進行蝕亥IJ，所進行的反應如下3Si+4HN0s — 3Si02+4N0+2H20 I)[0028]3Si02+18HF — 3H2SiF6+6H20 2)即如式I)中，由HNO3溶液先對矽晶片進行蝕刻，即可得到產物第一部分氣體NO和第一部分固體SiO2 ;接著，如式2)中，由HF溶液繼續與所產生的第一部分固體SiO2或Si被氧化成的SiO2反應生成產物H2SiF6溶液，如此，不斷往復，進行矽晶片的蝕刻，這樣，在工作槽I中得到了蝕刻廢水，所述蝕刻廢水中包含有固體Si、固體Si02、以及產物H2SiF6溶液與第一部分氣體NO，其中，第一部分氣體NO由於在敞開的工作槽I中，第一部分氣體NO和空氣中氣體O2進一步反應產生第一部分氣體NO2,此第一部分氣體NO2通過抽風裝置(未圖示)導入並收集於酸性吸收塔5中，形成工作槽I中可回收利用的混合酸蝕刻溶液中的HNO3溶液。2、由固液分離裝置2接收工作槽I中的蝕刻廢水，以分離出固體Si和殘餘廢液，並將殘餘廢液導入到酸再生與矽再生系統3中。 3、由酸再生與矽再生系統3接收所述殘餘廢液，並由其中的電解反應槽3-1和3-2對殘餘廢液中H2SiF6溶液進行電解反應，以產生固體Si、氣體HF，其中，其中電解反應包括陰極反應H2SiF6+4e_(通電電解)一>Si+4F_+2HF陽極反應=H2O(電解)一> 2H.+1/202 f +2e_其中，產物Si對應「矽再生」；產物HF對應「酸再生」。4、由減壓蒸餾裝置4接收所述酸再生與矽再生系統3導出的含固體Si、氣體HF及多餘的H2SiF6溶液的混合物，將在溶液中的氣體HF通過減壓蒸餾的方法提取出來並也導出含固體Si、多餘H2SiF6溶液的混合物。其中，所述減壓蒸餾裝置4導出的含固體Si、多餘H2SiF6溶液的混合物再次回流到固液分離裝置2中，由固液分離裝置分離2出固體Si、以及H2SiF6溶液，固體Si被回收再利用，而H2SiF6溶液繼續導入到酸再生與矽再生系統3中進行循環再利用。5、由酸性吸收塔5將第一部分氣體N02、以及由減壓蒸餾裝置4提取出的氣體HF收集於水中，以形成工作槽I中可利用的HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液。其中，在所述酸再生與矽再生系統3中，如式3)，所述殘餘廢液中的HNO3溶液與電解產生的固體Si反應生成第二部分氣體NO、第二部分固體SiO2並導入到所述減壓蒸餾裝置4中；在減壓蒸餾裝置4中，如式4)，第二部分固體SiO2與其中的氣體HF反應生成H2SiF6溶液；如式5)，第二部分氣體NO和空氣中氣體O2進一步反應產生第二部分氣體NO2,第二部分氣體NO2進入酸性吸收塔5中被水吸收形成工作槽I中的HNO3溶液。在所述酸再生與矽再生系統3中3Si+4HN0s — 3Si02+4N0+2H20 3)在減壓蒸餾裝置4中3Si02+18HF — 3H2SiF6+6H20 4)N0+02— > NO25)作為本實用新型的較佳實施例，若固液分離裝置2分離出的殘餘廢液導入到酸再生與矽再生系統3的太多，或酸再生與矽再生系統3來不及消化，可將所述固液分離裝置2分離出的含HNO3溶液的蝕刻廢水導入到減壓蒸餾裝置4中，如下一系列反應，在所述減壓蒸餾裝置4中所述HNO3溶液與所述固體Si反應生成第三部分固體Si02、以及第三部分氣體NO，其中，第三部分固體SiO2進一步與其中的氣體HF反應生成H2SiF6溶液；而第三部分氣體NO和空氣中氣體O2進一步反應產生氣體第三部分NO2,第三部分氣體NO2進入酸性吸收塔5中被水吸收形成工作槽I中的HNO3溶液。3Si+4HN0s — 3Si02+4N0+2H203Si02+18HF — 3H2SiF6+6H20N0+02— > NO2以上較佳實施例所述的矽晶片蝕刻廢水處理系統所採用的處理方法的本質主要如下所敘述在工作槽I中由HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液對矽晶片進行蝕刻以排出蝕刻廢水，所述蝕刻廢水中包含有固體Si、以及產物H2SiF6溶液與第一部分氣體NO，其 中，第一部分氣體NO和空氣中氣體O2進一步反應產生第一部分氣體NO2，所述處理方法包括如下步驟A)由固液分離裝置I分離出固體Si，並得到殘餘廢液；B)由酸再生與矽再生系統3中的電解反應槽3-1和3-2使殘餘廢液中的H2SiF6溶液發生電解反應，以得到固體Si、氣體HF ;和 C)將氣體HF和第一部分氣體NO2收集於水中，以形成HF溶液和HNO3溶液組成的混合酸蝕刻溶液；其中，所述電解得到的固體Si導入到固液分離裝置2中進行分離並回收再利用。所述電解得到的氣體HF進一步通過減壓蒸餾裝置4提取後再收集於水中。所述第一部分氣體NO2通過抽風裝置導入並收集於水中。所述步驟A)中的分離通過離心分離法或超濾法進行。本實用新型處理系統可實現太陽能電池的酸腐蝕溶液的循環利用，從而減少酸腐蝕溶液的消耗，消除酸腐蝕廢液的產生並避免有毒廢氣的排放，且由於使蝕刻、拋光或清潔加工穩定而改善電池效率，從而提供經濟效益並保護環境。
權利要求1.一種矽晶片蝕刻廢水處理系統，其特徵在於，所述矽晶片蝕刻廢水處理系統包括 A)與工作槽相連通以接收工作槽中的蝕刻廢水從而分離出固體Si和殘餘廢液的固液分離裝置； B)用於接收所述殘餘廢液的酸再生與矽再生系統，所述酸再生與矽再生系統與所述固液分離裝置相連通； C)與所述酸再生與矽再生系統相連通以接收所述酸再生與矽再生系統導出的含固體Si、氣體HF及多餘H2SiF6溶液的混合物的減壓蒸餾裝置，所述減壓蒸餾裝置還與所述固液分離裝置相連通 '及 D)與所述減壓蒸餾裝置以及工作槽相連通的酸性吸收塔。
專利摘要本實用新型涉及一種矽晶片蝕刻廢水處理系統，所述矽晶片蝕刻廢水處理系統包括A)與工作槽相連通以接收工作槽中的蝕刻廢水從而分離出固體Si和殘餘廢液的固液分離裝置；B)用於接收所述殘餘廢液的酸再生與矽再生系統，所述酸再生與矽再生系統與所述固液分離裝置相連通；C)與所述酸再生與矽再生系統相連通以接收所述酸再生與矽再生系統導出的含固體Si、氣體HF及多餘H2SiF6溶液的混合物的減壓蒸餾裝置，所述減壓蒸餾裝置還與所述固液分離裝置相連通；及D)與所述減壓蒸餾裝置以及工作槽相連通的酸性吸收塔。本實用新型實現了矽晶片蝕刻廢水循環利用，從而減少酸腐蝕溶液的消耗，消除酸腐蝕廢液的產生並避免有毒廢氣的排放，從而提供保護環境並提高了經濟效益。
文檔編號C02F9/10GK202643489SQ201120440800
公開日2013年1月2日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者施道可, 範瓊, 潘加永, 蔣麗, C·貝爾瑙爾 申請人:庫特勒自動化系統(蘇州)有限公司, 無錫尚德太陽能電力有限公司