一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法
2023-07-19 01:19:46 2
專利名稱：一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法
技術領域：
本發明涉及晶體矽太陽能電池制絨領域，具體涉及一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法。
背景技術：
目前光伏行業的矽片切割都是採用工藝比較成熟的碳化矽砂漿多線切割，最近國際上開發了一種新型的矽片切割方式-金剛線切割。相比普通的砂漿切割方式，這種新型的切割方式優點比較明顯首先，在單位時間內金剛線切割出來的矽片數量要比普通的多 2-3倍，普通砂漿切割一次需要8-9h，而金剛線切割僅需約4h，此外進行下一次切割前的清洗比較容易且快速；第二，新型的切割方式對環境的影響也比較小，採用的是水基冷卻液， 沒有碳化矽等砂漿溶液，矽片切割過程中浪費的矽料回收也比較容易。這種新的切割方式不僅節省大量的時間，而且由回收帶來的生產成本也下降。鑑於以上提到的優點，金剛線切割將來必將慢慢代替目前普通的砂漿切割。較常規的單晶矽制絨技術，是先使用清洗液去除矽片表面的汙染物，然後在85°C 左右把矽片浸入高濃度的鹼溶液( 15%左右)中，腐蝕IOmin左右，去除矽片表面的機械損傷層，然後將去除機械損傷層後的矽片在85°C左右浸入低濃度( 2% )的鹼溶液和異丙醇(IPA)的混合溶液中反應20min左右，去除離子就能在矽片表面製備出一層金字塔狀的絨面。公告號為CN101818348A的發明專利公開了一種利用一步法製備單晶矽太陽能電池絨面的方法，將單晶矽片置入以體積百分比計，由15-20%的NaCIO、10-15%的異丙醇和餘量水組成的混合溶液中，在80-85°C條件下浸泡腐蝕10-30min，在單晶矽表面形成絨面， 該方法減少了工藝步驟，降低了製作成本，但是由於金剛線切割的單晶矽片表面的特殊性能，直接將金剛線切割的單晶矽片用於該方法中，不能達到相應的工藝要求。切割矽片的機理不一樣，金剛線切割矽片之後，在矽片表面上所產生的損傷層的厚度和缺陷都不同，導致了目前單晶矽片的制絨工藝不再適用，使得該新型切片工藝不能大規模應用。例如對金剛線切割的對角線長為156cm的矽片來講，採用普通砂漿切割的矽片制絨工藝後，矽片的減薄量為0. 2-0. 4g，遠小於正常的減薄量0. 55-0. 75g，即損傷層去除不夠，並且矽片表面不平整，有很明顯的平行條痕等，有的地方能形成金字塔結構，有的地方卻不能形成金字塔結構，形成的金字塔結構大小也不均勻，反射率偏高，導致太陽電池片的效率下降；若採用兩次制絨，雖然矽片的減薄量和絨面均勻性基本上能達到要求但消耗的制絨溶液量提高，並且時間成本明顯增加。所以採用金剛線切割在工業生產中會面臨新的問題，即現有的制絨工藝適應不了金剛線切割的單晶矽片的速度，不能及時消化金剛線切割的單晶矽片，造成單晶矽片的積累，不利於企業成本的控制。由於目前金剛線切割還不是主流的切割工藝，如果專門針對金剛線切割的矽片制定一套制絨工藝，勢必會造成工業成本的增加和資源的浪費。如果能發明一種既不增加整個制絨時間，又能在幾乎不增加成本的情況下得到優良的絨面，最好還能與普通砂漿切割矽片的制絨工藝較好的匹配的制絨方法，這將大大的提高企業的產量和利益。
發明內容
本發明提供了一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法，將金剛線切割的單晶矽片應用於現有的制絨工藝中進行制絨處理，處理後的單晶矽表面的絨面結構大小合適，分布均勻，且不增加制絨的時間和成本。一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法，包括(1)將所述的單晶矽片清洗、晾乾，於60-80°C條件下在混合溶液中浸泡腐蝕 20-400S，得預處理後的單晶矽片，所述的混合溶液由NaOH、異丙醇和去離子水組成，其中 NaOH、異丙醇和去離子水的重量比為10-20 0.8-12 100-200;(2)將所述的預處理後的單晶矽片清洗後進行溼法制絨。金剛線切割的的單晶矽片的表面損傷層的厚度和缺陷與常規工藝切割的單晶矽片不同，不能直接適用於常規的制絨工藝，專門針對金剛線切割的單晶矽片重新設計新的制絨工藝，勢必增加企業的製作成本，因此當需要對金剛線切割的單晶矽片進行制絨時，本發明在常規的制絨工藝流程前端新增一個預處理槽，步驟(1)中所述的預處理步驟在該預處理槽內進行，無需對現有的工藝流程和設備進行專門的改進，且該預處理過程可以在後續制絨工藝的等待時間內完成，不增加整個制絨的時間，撤掉該預處理槽和與處理過程，即可以處理常規切割方法如碳化矽砂漿多線切割的單晶矽片。優選地，步驟( 中所述的溼法制絨為將清洗後的單晶矽片於76_82°C條件下在混合溶液中浸泡腐蝕10-30min，再在去離子水中衝洗即可，所述的混合溶液的組成為以 l-2kg的NaOH為基準，異丙醇的添加量為3-5L，制絨添加劑的添加量為100_500ml，去離子水的添加量為150L。制絨添加劑可採用市售產品，本發明使用的制絨添加劑可購自常州時創能源科技有限公司。優選地，步驟(1)中所述的混合溶液中NaOH、異丙醇和去離子水的重量比為 10-15 0.8-12 100-200。若NaOH用量過多，預處理後的單晶矽片矽片再經過制絨，減薄量偏大，去掉的不僅僅是損傷層部分，單晶矽片有效吸收光相應減少，導致效率偏低；同樣NaOH用量過少，去損傷層不徹底，制絨效果不好。優選地，步驟(1)中所述的混合溶液中NaOH、異丙醇和去離子水的重量比為 10-20 0.8-12 80-160。異丙醇重量比過大，反應變慢，預處理效果不理想；體積比過小，反應劇烈並且不均勻，甚至引起飄片等問題。優選地，步驟(1)中所述浸泡腐蝕的時間為20-200S。該預處理時間較短，在同時制絨3-4框單晶矽片時，可以再每框間隔6-7min機械臂運行時間內完成，故不會增加整個制絨過程時間；此外最大程度地減少了預處理化學試劑的用量來控制成本。優選地，步驟(1)中所述的單晶矽片在混合溶液中浸泡時的溫度為65-75°C ；更優選地，所述的溫度為70-75°C。溫度過低，反應不充分，要達到同樣的效果需要採取延長時間等措施；溫度過高，不利於熱量消耗成本的控制。本發明利用了兩次不同的鹼液制絨和時間差的特點，在不改變普通砂漿制絨工藝的參數情況下，添加一預處理槽，進行一次預製絨，利用兩次不同的制絨程度完成金剛線切割矽片的制絨，在相同時間內得到金字塔結構均勻、反射率較低的絨面。本發明提出的一種基於金剛線切割單晶矽片溼法制絨方法，具有的以下優點(1)現有的普通砂漿切割矽片制絨的工藝不需要改變，與之具有較好的兼容性；(2)實施方法簡單、經濟，不增加時間成本；(3)相比僅經過一次制絨的矽片具有絨面大小合適和分布更均勻的特點。
圖1是本發明實施例1的SEM圖；圖2是本發明實施例2的OM圖；圖3是本發明實施例5的OM圖。
具體實施例方式實施例11)金剛線切割的單晶矽片經過清洗、甩幹；2)在普通制絨工藝最前端加一個預反應槽，在該預處理槽中添加預處理溶液，預處理溶液為NaOH、異丙醇(IPA)及去離子水的混合液；NaOH 10kg, IPA 10L, H20150L ；3)將步驟1)中的單晶矽片取1框300片放入步驟(2)中增加的預反應槽中進行預處理，預製絨即浸泡時間為120s，溫度為70°C ；4)將步驟3)中經過預處理的單晶矽片經過70°C的去離子水清洗Imin ；5)因後面普通砂漿切割單晶矽片的制絨工藝不需改變，將步驟4)中清洗後的單晶矽片直接按常規制絨工藝進行制絨常規制絨工藝為1. 5kg NaOH，4L異丙醇，250ml制絨添加劑和150L去離子水，處理時間為20min，溫度為80°C。6)將上述制絨好後的單晶矽片的絨面進行SEM觀察，結果如圖1所示，由圖中可以看出，利用該方法制絨的單晶矽片表面的絨面結構大小合適，分布均勻。7)將上述制絨好的單晶矽片製成電池，電池效率比改進前的要高0. 1-0. 2%。實施例21)金剛線切割的單晶矽片經過清洗、甩幹；2)根據實施例1中工藝處理1框300片單晶矽片之後，在預反應槽補給溶液，補給溶液為150g NaOH和120ml異丙醇(IPA)；3)將步驟1)中的單晶矽片取1框300片放入已補給溶液的預反應槽中進行預處理，預製絨即浸泡時間為120s，溫度為70°C ；4)將步驟3)中經過預處理的單晶矽片經過70°C的去離子水清洗Imin ；5)因後面普通砂漿切割單晶矽片的制絨工藝不需改變，將步驟4)中清洗後的單晶矽片直接按常規制絨工藝進行制絨常規制絨工藝為1. 5kg NaOH，4L異丙醇，250ml制絨添加劑和150L去離子水，處理時間為25min，溫度為80°C。6)將上述制絨好後的單晶矽片的絨面進行OM(光學顯微鏡)觀察，結果如圖2所示，單晶矽片表面沒有金剛線切割平行條痕，絨面結構大小合適，分布均勻。7)將上述制絨好的單晶矽片製成電池，電池效率比改進前的要高0. 1-0. 2%。實施例3
1)金剛線切割的單晶矽片經過清洗、甩幹；2)在普通制絨工藝最前端加一個預反應槽，在該預處理槽中天劍預處理溶液，預處理溶液為NaOH、異丙醇(IPA)及去離子水；加入Na0H20kg，IPA 15L，H2O 200L ；3)將步驟1)中的單晶矽片取1框300片放入步驟(2)中增加的預反應槽中進行預處理，預製絨時間為90s，溫度為75°C ；4)將步驟3)中經過預處理的單晶矽片經過75°C的去離子水清洗Imin ；5)因後面普通砂漿切割矽片的制絨工藝不需改變，將步驟4)中清洗後的單晶矽片直接按常規制絨工藝進行制絨；常規制絨工藝為1. ^gNaOH, 4L異丙醇，250ml制絨添加劑和150L去離子水，處理時間為20min，溫度為80°C ；6)將上述制絨好後的單晶矽片進行反射率測試，在300-1100nm測試區間內平均反射率為14-15%，明顯低於改進前的反射率15-16%。7)將上述制絨好的單晶矽片製成電池，電池效率比改進前的要高0. 1-0. 2%。實施例41)金剛線切割的單晶矽片經過清洗、甩幹；2)根據實施例3中工藝處理1框300片單晶矽片之後，在預反應槽中補給溶液，補給溶液為120g NaOH和120ml異丙醇(IPA)；3)將步驟1)中的單晶矽片取1框300片放入步驟(2)中已補給溶液的預反應槽中進行預處理，預製絨即浸泡時間為90s，溫度為75°C ；4)將步驟3)中經過預處理的單晶矽片經過75°C的去離子水清洗Imin ；5)因後面普通砂漿切割矽片的制絨工藝不需改變，將步驟4)中清洗後的單晶矽片直接按常規制絨工藝進行制絨常規制絨工藝為1. ^gNaOH, 4L異丙醇，250ml制絨添加劑和150L去離子水，處理時間為20min，溫度為80°C。6)將上述制絨好後的單晶矽片進行反射率測試，在300-1100nm測試區間內平均反射率為14-15%，明顯低於改進前的反射率15-16%。7)將上述制絨好的單晶矽片製成電池，電池效率比改進前的要高0. 1-0. 2%。實施例51)金剛線切割的單晶矽片經過清洗、甩幹；2)將步驟1)中的單晶矽片不經過預處理，直接進行普通矽片制絨工藝制絨，即在 1. 5kg NaOH，4L異丙醇，250ml制絨添加劑和150L去離子水的混合溶液中處理25min，溫度為 80 0C ο3)將步驟2)中制絨後的單晶矽片經過去離子水清洗之後，吹乾。4)將上述制絨好後的單晶矽片的絨面進行OM觀察，結果如圖3所示，單晶矽片表面金剛線切割平行條痕仍存在，絨面結構效果較差，並且分布不均勻；將上述制絨好後的單晶矽片進行反射率測試，在300-1100nm測試區間內平均反射率為15-16%。5)將上述制絨好的單晶矽片製成電池，電池效率比經過預處理矽片低 0. 1-0. 2%。以上實施例中單晶矽片的反射率採用RADITECH的D8反射器測得。
權利要求
1.一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法，其特徵在於，包括(1)將所述的單晶矽片清洗、晾乾，於60-80°C條件下在混合溶液中浸泡腐蝕20-400S， 得預處理後的單晶矽片，所述的混合溶液由NaOH、異丙醇和去離子水組成，其中NaOH、異丙醇和去離子水的重量比為10-20 0.8-12 100-200 ；(2)將所述的預處理後的單晶矽片清洗後進行溼法制絨。
2.根據權利要求1所述的溼法制絨方法，其特徵在於，步驟⑵中所述的溼法制絨為 將清洗後的單晶矽片於76-82°C條件下在混合溶液中浸泡腐蝕10-30min，再在去離子水中衝洗即可，所述的混合溶液的組成為以l_2kg的NaOH為基準，異丙醇的添加量為3-5L，制絨添加劑的添加量為100-500ml，去離子水的添加量為150L。
3.根據權利要求1所述的溼法制絨方法，其特徵在於，步驟(1)中所述的混合溶液中 NaOH、異丙醇和去離子水的重量比為10-15 0.8-12 100-200。
4.根據權利要求1所述的溼法制絨方法，其特徵在於，步驟(1)中所述的混合溶液中 NaOH、異丙醇和去離子水的重量比為10-20 0.8-12 80-160。
5.根據權利要求1所述的溼法制絨方法，其特徵在於，步驟(1)中所述浸泡腐蝕的時間為 20-200s。
6.根據權利要求1所述的溼法制絨方法，其特徵在於，步驟⑴所述的單晶矽片在混合溶液中浸泡時的溫度為65-75°C。
全文摘要
本發明公開了一種基於金剛線切割的單晶矽片的溼法制絨方法，包括(1)將所述的單晶矽片經清洗、晾乾，於60-80℃條件下在由重量比為10-20∶0.8-12∶100-200的NaOH、異丙醇和去離子水組成的混合溶液中浸泡腐蝕20-400s，得預處理後的單晶矽片；(2)將預處理後的單晶矽片清洗後，用常規單晶矽制絨工藝進行制絨。本發明的方法成功的將金剛線切割的單晶矽片應用於現有的制絨工藝中進行制絨，絨面大小合適、分布更均勻，且不增加制絨時間和成本。
文檔編號C30B29/06GK102560685SQ20121003145
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月13日 優先權日2012年2月13日
發明者餘學功, 楊德仁, 路景剛, 陳林 申請人:浙江大學