[發明專利]一種晶硅制絨添加劑的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201410055925.6
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103789838B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 管自生
• 申請（專利權）人: 南京納鑫新材料有限公司
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;C30B29/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 王美章

技術領域

本發明屬于晶體硅表面制備絨面技術領域，特別是涉及一種利用木糖醇與甘露糖酸在堿性條件下反應制備新型制絨添加劑的制備方法及其應用。

技術背景

太陽能電池是一種利用光電轉換效應將光能轉換為電能的裝置，因其安全無污染、不受地域限制等優點得到大力發展。而晶硅太陽能電池憑借工藝成熟、轉換效率高等優勢在整個光伏產業中占80％以上的份額。高效率、低成本一直是光伏產業不變的追求，而表面反射率是影響太陽能電池光電轉換效率的重要因素之一，太陽能電池表面織構化技術可以有效降低太陽能電池的表面反射率。晶體硅太陽能電池可以分為單晶硅電池和多晶硅電池，它們的生產工藝基本相似，最大的不同在于表面制絨方法。其中單晶硅太陽能電池主要利用單晶硅片在堿性溶液中的各項異性腐蝕特性在硅片表面構建隨機金字塔陷光結構，而多晶硅片通過氫氟酸和硝酸腐蝕制備出凹坑陷光結構。

經清洗后的單晶硅片，表面反射率在30％以上。為降低反射率，工業上主要利用單晶硅片在堿性溶液中的各項異性腐蝕特性，在硅片表面形成隨機金字塔陷光結構以減小光在硅片表面的反射率，其中堿又以KOH、NaOH為主。該法工藝簡單，對設備要求不高，早期被廣泛使用，但是單純的堿刻蝕難以得到尺寸均勻的金字塔結構。這是由于硅與堿反應會產生氫氣和硅的絡合物，它們會粘附在硅片表面形成一層不易去除的“掩膜”，阻礙堿液與硅片接觸，使硅片表面形成雨點狀的缺陷(俗稱“花片”)，進而影響刻蝕效率。目前工業上最成熟、應用最廣泛的是NaOH/異丙醇(IPA)制絨體系。經過科研工作者的多年研究發現，乙醇、異丙醇等醇類對去除硅片表面氫氣氣泡非常有效果，它們不僅可以消除硅片表面氣泡，還可以影響各向異性因子，使硅片表面的金字塔更加均勻，降低反射率，提高光電轉換效率。如屈勝等人(屈勝，張興旺，毛和璜等.不同醇類對單晶硅絨面特性的影響[J].材料導報，2011，25(1B)：41154)研究了一元醇和二元醇對單晶硅絨面特性的影響，實驗發現二元醇跟一元醇相比，可以獲得更低的表面反射率且因其沸點高揮發損耗較少，但硅片表面的消泡效果和絨面金字塔結構均勻性較差。再如內蒙古師范大學王立娟等(王立娟，周炳卿，那日蘇等.異丙醇溶液對單晶硅太陽能電池表面織構化的影響[J].內蒙古師范大學學報(自然科學漢文版)，2011(1)：42-45)研究了異丙醇對單晶硅片表面織構化的影響，確定實驗的最佳條件為：反應溫度80℃，氫氧化鈉質量分數3％，異丙醇質量分數8％，反應時間40min。在最佳條件下，硅片表面金字塔尺寸分布均勻，反射率降低到10.42％。這種方法工藝簡單成熟，工業上也在普遍采用，但缺點也非常明顯：第一，添加的乙醇、異丙醇等醇類沸點較低，在高溫下易揮發，反應過程中要不停地補加，使生產成本大大增加；第二，這些醇類易燃易爆，工廠中經常有操作工因操作失誤而受傷的事情發生；第三，異丙醇的毒性等級為中毒，異丙醇蒸汽對眼睛、呼吸道黏膜等有刺激作用，能損傷視網膜及視神經。最近無醇型制絨添加劑已成為今后太陽能電池領域熱點。研究發現，表面活性劑在低濃度時是以單分子狀態分散在溶液中，這時表面活性劑分子吸附在溶液界面處，降低了溶液的表面張力，從而使溶液的物理化學性質發生巨大變化。表面活性劑具有很強的滲透能力，可以很輕易地滲透到硅片表面與吸附物之間，吸附在固-液界面上形成一層結實的溶劑化膜，這樣硅片表面與產物之間就像被插入一個“楔子”。隨著反應的進行，“楔子”將繼續向深處擴展，最終將吸附物與硅片表面分開，形成較厚的保護層，阻止新的反應產物吸附在硅片表面，使反應不斷進行，從而提高反應速率。如中國專利CN201210489812.8公開了一種單晶硅制絨液的制備方法，制絨液由堿性腐蝕液、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、無水葡萄糖以及有機鹽組成，能使單晶硅硅片絨面快速得到“金字塔”且有一定的去污能力。但是這些方法制備出來的金字塔結構都為四面體型的且尺寸在3-6μm，一般可以將硅片表面反射率降低到14％左右，比理論上的最低反射率9％還高很多，因此繼續研究單晶硅片太陽能電池的絨面技術，以降低反射率、提高轉換效率是十分有必要的。