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單晶硅堿性制絨添加劑配方生產(chǎn)技術(shù)
技術(shù)概述：在太陽能電池單晶片制備過程中，為了提高太陽能電池的性能和光電轉(zhuǎn)化效率，硅片表面必須進行粗糙化處理。單晶硅片表面的粗糙化處理通常是化學(xué)堿性腐蝕，堿性腐蝕液對硅片的不同晶面具有不同的腐蝕速率，由于這種各項異性腐蝕特性，會在硅片表面形成金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。
單晶硅堿性制絨添加劑是一款環(huán)保型無異丙醇單晶硅制絨添加劑，產(chǎn)品無毒，無腐蝕性，無刺激性，無燃燒和爆炸危險，對人體和環(huán)境無危害。使用本產(chǎn)品后可以降低制絨溫度，減短制絨時間，并且制絨效果有明顯的提高；絨面金字塔尺寸更加細小，在硅片表面形成的金字塔尺寸小于2μm；高低分布更加均勻；顯著地降低了硅片的反射率，平均反射率低于15%；被腐蝕掉的硅片量小于6%。對最終得到的電池片也具有有益的效果，提高了電池片的成品率，提升了電池片的短路電流并增大了電池片的填充因子，提高了太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。
技術(shù)成分：有機添加劑、非離子表面活性劑、去離子水；PH值：堿性；泡沫：低泡；工作溫度80℃；處理方式：浸泡。
性能優(yōu)勢：1、安全環(huán)保：無異丙醇，綠色環(huán)保，生物可降解；2、金字塔細小均勻：絨面金字塔尺寸更加細小均勻，<2μm；3、反射率低：硅片平均反射率低于15%；4、提升處理效率：降低制絨溫度，減短制絨時間；5、提升電池品質(zhì)：提高了太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率；6、工藝穩(wěn)定：具有較寬的工藝容差范圍。
技術(shù)簡介：
1、單晶硅制絨液添加劑（細密金字塔單晶硅絨面）配方生產(chǎn)技術(shù)
隨著太陽能電池制造業(yè)的高速發(fā)展，其中制造材料、技術(shù)、工藝逐漸完善，中國的太陽能電池行業(yè)發(fā)展更為迅速。目前，我國在太陽能電池研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化等方面在國際上占據(jù)重要地位。
對于單晶硅太陽電池而言，提高其光電轉(zhuǎn)換效率重要方法就是降低電池表面的光反射率，使更多的光被電池基體吸收在硅片表面，因此制備陷光微結(jié)構(gòu)可以有效降低光的反射率，比如用化學(xué)腐蝕的方法在單晶硅表面腐蝕出金字塔微結(jié)構(gòu)絨面，這些微結(jié)構(gòu)絨面可以增加入射到硅片表面的光線與硅接觸的機會，從而降低光的反射率。硅與堿會發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：Si+2OH+H2O=SiO2+2H2F。
在堿性溶液與單晶硅反應(yīng)一定時間后，硅片表面就會形成金字塔微結(jié)構(gòu)，人們把這種反應(yīng)過程稱為“各向異性腐蝕”。這種結(jié)構(gòu)改變了光在硅中的反射方向和反射次數(shù)，使光線在相鄰金字塔結(jié)構(gòu)之間多次反射，并其延長了光程，降低光的反射率，增加了對光的吸收。同時金字塔結(jié)構(gòu)增加了電池的表面積，因而可以提高短路電流和轉(zhuǎn)換效率。
傳統(tǒng)單晶硅絨面的制絨液有NaOH與IPA體系，這些試劑的優(yōu)點是工藝成熟、易于控制；缺點是醇類物質(zhì)易揮發(fā)、價格較高、對環(huán)境有污染。硅酸鈉作為制絨液，不需要IPA等添加劑，成本較低；但制絨時間過長，制備的絨面不理想，重復(fù)性不好。碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合溶液作為制絨液，價格便宜，反應(yīng)溫和；但碳酸鹽結(jié)晶溫度較高，給工業(yè)生產(chǎn)帶來不便。
本單晶硅制絨液添加劑配方組分為：咪唑啉表面活性劑、糖類、PEG、有機酸、無機鹽和去離子水，對太陽能電池用單晶硅片進行表面制絨時，將本添加劑加入到堿性制絨液中，將達到優(yōu)異的制絨效果。制絨后絨面金字塔分布密集，尺寸很小，能有效減少對光的反射，因而能提高太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。
優(yōu)點：采用本添加劑后，可縮短制絨時間，且制絨效果有明顯的提高。絨面金字塔尺寸細小，分布更加均勻，顯著地降低硅片的反射率。對最終得到的電池片也具有顯著的效果，提高了電池片的成品率。此外，本添加劑無毒性，無腐蝕性，無刺激性，無燃燒和爆炸危險，對人體和環(huán)境無危害。
2、單晶硅片無醇制絨添加劑配方生產(chǎn)技術(shù)
在太陽能電池制備過程中，為了提高太陽能電池效率，需要在單晶硅片表面制作絨面，有效的絨面結(jié)構(gòu)可以使得入射太陽光在硅片表面形成二次反射或多次反射，增加光的利用率，使得更多的光子在靠近pn結(jié)附近的區(qū)域被吸收產(chǎn)生光生載流子，這些光生載流子更容易被收集，因此增加了光生載流子的收集效率。
常規(guī)的制絨工藝一般采用氫氧化鈉或氫氧化鉀，添加適當(dāng)異丙醇和硅酸鈉的混合溶液進行制絨。其缺點是：制絨金字塔不均勻，對原始硅片表面狀態(tài)要求高，化學(xué)品消耗比較大，制絨工藝控制難度較大，異丙醇等揮發(fā)量大，需要不斷調(diào)液，操作難度高，從而帶來制絨外觀返工率很高，電池片轉(zhuǎn)換率較低等問題。
本單晶硅片無醇制絨添加劑，能夠使得化學(xué)反應(yīng)均勻進行，絨面外觀更干凈，返工率更低。
工藝流程：首先將硅片加入到預(yù)處理液中，對硅片進行預(yù)處理，預(yù)處理時間60s-300s，再加入到制絨液中進行制絨；單晶硅制絨工藝為：將去離子水加熱到70℃-90℃，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀，得到單晶硅制絨腐蝕液。采用該制絨添加劑制絨時，不需要異丙醇或乙醇等，可以獲得細小、均勻、密集的金字塔絨面，降低制絨成本，避免環(huán)境污染；在制絨前加入預(yù)處理工藝，可以使制絨后硅片更干凈，減少白斑指紋印等返工，具有一定的實用價值。
特性優(yōu)點：對硅片進行預(yù)處理，將硅片表面殘留的有機清洗劑去除干凈，可以降低制絨后硅片外觀的白斑白點比例，降低絨面返工率，有利于晶體硅太陽能電池的工藝穩(wěn)定，具有很好的實用價值；并且在單晶硅片的絨面制作時，不需要使用大量的異丙醇或乙醇，大量降低了制絨液COD，并且可獲得均勻、細小、密集的絨面金字塔。
3、單晶硅制絨液添加劑配方生產(chǎn)技術(shù)
配方組分：果糖、硅酸鈉、有機酸鹽、表面活性劑、去離子水。
在太陽能電池片的制備過程中，需要在硅片表面制作絨面。有效的絨面結(jié)構(gòu)可以延長光程，增加硅片對光的吸收，提高太陽能電池的效率。單晶硅片的絨面通常是通過硅片和堿性制絨液反應(yīng)來得到。當(dāng)堿性溶液的濃度較低時，堿性溶液對硅片不同晶面腐蝕速率不同，對（100）晶面的腐蝕速度要遠大于對（111）晶面的腐蝕速度，可在硅片表面形成金字塔形的絨面。
典型的堿性制絨液主要成分為氫氧化鈉（NaOH）、異丙醇（IPA）和水（H2O）。在加熱條件下，硅片與堿性溶液發(fā)生的總反應(yīng)為：Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2
制絨的效果主要通過絨面金字塔的尺寸和均勻度來反映，金字塔大小均勻，尺寸在2-4μm左右被認為是比較理想的。
工業(yè)生產(chǎn)中常用的制絨液由氫氧化鈉、異丙醇、水等組成，其制絨效果并不十分理想，主要問題有：（1）異丙醇用量大，給環(huán)境帶來污染。（2）制絨時間較長，溫度較高，浪費能源，成本增加。（3）金字塔結(jié)構(gòu)尺寸較大，為5-10μm，均勻度較差。目前，通過在制絨液中加入添加劑，可以有效解決上述（2）和（3）所述的問題。但是，仍然存在由于異丙醇用量大而給環(huán)境帶來污染的嚴重問題。
針對現(xiàn)有的制絨液中由于異丙醇用量大而給環(huán)境帶來污染的缺陷，本單晶硅制絨液添加劑，可使單晶硅制絨液中在不使用異丙醇或乙醇的情況下，制出的單晶硅片絨面金字塔結(jié)構(gòu)均勻、細小，且能降低反應(yīng)溫度、縮短時間。
特性優(yōu)點：（1）本添加劑中的表面活性劑可降低水的表面張力，有效潤濕硅片，替代異丙醇，能夠減少污染，同時也能節(jié)約成本。（2）在制絨液中加入本添加劑后，果糖及其它有機物可有效增加硅表面“金字塔”結(jié)構(gòu)的成核起點，使“金字塔”均勻、細密。（3）在制絨液中加入本添加劑后，制絨液的使用溫度較低，反應(yīng)時間也較短。
4、無醇型單晶硅快速制絨添加劑配方生產(chǎn)技術(shù)
配方組分：緩蝕劑、表面活性劑、小分子糖醇、無機堿溶液、去離子水。
太陽能因其可再生、能量蘊含量高、安全易得等優(yōu)點而成為了極具潛力的可再生能源。光伏發(fā)電技術(shù)作為將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的主要形式，經(jīng)過過去幾十年的努力，其關(guān)鍵組件太陽能電池正向高效率、低成本的方向不斷發(fā)展。目前，占據(jù)商業(yè)化太陽能電池市場主導(dǎo)地位的硅基太陽能電池約占光伏電池總產(chǎn)量的92％，而單晶硅太陽能電池的商業(yè)化效率已超過18％。而制約單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率進一步提高的主要原因則源于光損耗過程。因此制絨技術(shù)作為降低單晶硅太陽能電池光損耗最有效的方法，成了現(xiàn)代光伏領(lǐng)域關(guān)注的重要且極具挑戰(zhàn)的課題之一。表面制絨技術(shù)通過增加有效光程長度進而增加硅片表面對光的吸收，不僅可以提高晶體硅太陽電池的效率，還可降低晶體硅太陽電池的生產(chǎn)成本。目前，濕法化學(xué)蝕刻和干法蝕刻均已被用于制絨過程，然而，在工業(yè)應(yīng)用中使用最為廣泛還是濕化學(xué)制絨工藝，因為該制絨工藝相較而言，制絨更快，成本更低。時下產(chǎn)業(yè)化單晶硅制絨工藝多以堿(KOH或NaOH)醇(異丙醇，簡稱IPA)體系為主。
盡管目前商業(yè)化單晶硅制絨方面發(fā)展最成熟的工藝仍是堿醇工藝，但IPA參與的制絨工藝仍有其明顯的缺陷。首先，IPA的低沸點(82.6℃)、強揮發(fā)性，導(dǎo)致IPA在整個制絨(制絨溫度一般控制在80-85℃)過程中會不斷揮發(fā)，這就需在整個制絨過程不斷補充IPA，以保證其濃度的基本恒定；其次，IPA有毒且價昂，對環(huán)境及價格的控制都不友好；再者，IPA分子量較小、對硅吸附力較弱，無法起到充分的掩膜作用，從而影響出絨率，導(dǎo)致絨面尺寸偏大、制絨硅片反射率偏高；所以開發(fā)一種新的替代堿液體系成為單晶硅制絨的重點研發(fā)方向。在堿醇工藝基礎(chǔ)上，Na2CO3、NaHCO3、Na3PO4、乙二胺及四甲基氫氧化銨(TMAH)等相繼被提出用于代替NaOH或KOH作為蝕刻劑用于單晶硅表面制絨，減反效果較好；但其絨面均勻性、反應(yīng)重現(xiàn)性差，且反應(yīng)時間較長(約1h)。為了進一步優(yōu)化制絨工藝，還提出了有機酸復(fù)配表面活性劑輔助成核的策略。該策略雖然很大程度上提高了絨面均勻性，降低了反射率，但在制絨過程中仍需少量醇類化合物輔助成核，且反應(yīng)時間仍舊較長。因此，開發(fā)一種新型無醇的快速制絨添加劑體系有著更為迫切的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求。
現(xiàn)有制絨添加劑中存在所用低沸點醇類極易揮發(fā)需不斷補給、制絨時間長、且制絨硅片表面絨面均勻性差的問題。無醇型單晶硅快速制絨添加劑兼具綠色環(huán)保、成分沸點高不易揮發(fā)、制絨高效穩(wěn)定且快速的優(yōu)點。
優(yōu)點：
1、本制絨添加劑采用鹽酸多巴胺作為緩蝕劑，通過鹽酸多巴胺在制絨添加劑所在的堿性環(huán)境下，快速自聚合成聚多巴胺，其合成過程簡單、快速且高效，無需任何額外的合成步驟。且緩蝕劑鹽酸多巴胺為結(jié)構(gòu)確定的小分子化合物，相較于大分子聚合物緩蝕劑而言，其更有利于原料的品控。
2、使用了環(huán)境友好的高沸點表面活性劑，替代傳統(tǒng)的含毒性、易揮發(fā)的異丙醇等低沸點醇類物質(zhì)，不僅綠色環(huán)保，且不需要在制絨過程中不斷補加，既省時省力，又有利于成本節(jié)約。同時采用的表面活性劑具有更加優(yōu)異的潤濕、增溶和分散等性能，可顯著降低制絨液的表面張力，促進反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣氣泡從硅片表面迅速脫離，有效去除硅片表面沾污的雜質(zhì)。
3、制絨體系中小分子糖醇的加入，有利于制絨硅片反射率的進一步降低，顯著提高制絨效果。
4、鹽酸多巴胺復(fù)配表面活性劑和小分子糖醇制絨添加劑體系，當(dāng)制絨液中制絨添加劑與無機堿溶液的質(zhì)量比為0.8-1:100，85℃條件下制絨480s時，在400-950nm波長范圍內(nèi)的加權(quán)平均反射率為9.5％。與無鹽酸多巴胺制絨添加劑體系相比，該復(fù)配添加劑體系反射率降低近6％。因此，本制絨添加劑在單晶硅制絨領(lǐng)域具有非常良好的應(yīng)用前景和大規(guī)模工業(yè)化推廣潛力。
技術(shù)服務(wù)：單晶硅堿性制絨添加劑配方生產(chǎn)技術(shù)320元，包括原料介紹、生產(chǎn)配方、工藝流程、使用方法等，提供技術(shù)支持。
上一技術(shù)：油田聚合物解堵劑下一技術(shù)：溢油分散劑
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