CN102560685B - 一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法 - Google Patents
一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法，包括：(1)将所述的单晶硅片经清洗、晾干，于60-80℃条件下在由重量比为10-20∶0.8-12∶100-200的NaOH、异丙醇和去离子水组成的混合溶液中浸泡腐蚀20-400s，得预处理后的单晶硅片；(2)将预处理后的单晶硅片清洗后，用常规单晶硅制绒工艺进行制绒。本发明的方法成功的将金刚线切割的单晶硅片应用于现有的制绒工艺中进行制绒，绒面大小合适、分布更均匀，且不增加制绒时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制绒领域，具体涉及一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法。
背景技术
目前光伏行业的硅片切割都是采用工艺比较成熟的碳化硅砂浆多线切割，最近国际上开发了一种新型的硅片切割方式-金刚线切割。相比普通的砂浆切割方式，这种新型的切割方式优点比较明显：首先，在单位时间内金刚线切割出来的硅片数量要比普通的多2-3倍，普通砂浆切割一次需要8-9h，而金刚线切割仅需约4h，此外进行下一次切割前的清洗比较容易且快速；第二，新型的切割方式对环境的影响也比较小，采用的是水基冷却液，没有碳化硅等砂浆溶液，硅片切割过程中浪费的硅料回收也比较容易。这种新的切割方式不仅节省大量的时间，而且由回收带来的生产成本也下降。鉴于以上提到的优点，金刚线切割将来必将慢慢代替目前普通的砂浆切割。
较常规的单晶硅制绒技术，是先使用清洗液去除硅片表面的污染物，然后在85℃左右把硅片浸入高浓度的碱溶液(～15％左右)中，腐蚀10min左右，去除硅片表面的机械损伤层，然后将去除机械损伤层后的硅片在85℃左右浸入低浓度(～2％)的碱溶液和异丙醇(IPA)的混合溶液中反应20min左右，去除离子就能在硅片表面制备出一层金字塔状的绒面。
公告号为CN101818348A的发明专利公开了一种利用一步法制备单晶硅太阳能电池绒面的方法，将单晶硅片置入以体积百分比计，由15-20％的NaClO、10-15％的异丙醇和余量水组成的混合溶液中，在80-85℃条件下浸泡腐蚀10-30min，在单晶硅表面形成绒面，该方法减少了工艺步骤，降低了制作成本，但是由于金刚线切割的单晶硅片表面的特殊性能，直接将金刚线切割的单晶硅片用于该方法中，不能达到相应的工艺要求。
切割硅片的机理不一样，金刚线切割硅片之后，在硅片表面上所产生的损伤层的厚度和缺陷都不同，导致了目前单晶硅片的制绒工艺不再适用，使得该新型切片工艺不能大规模应用。例如对金刚线切割的对角线长为156cm的硅片来讲，采用普通砂浆切割的硅片制绒工艺后，硅片的减薄量为0.2-0.4g，远小于正常的减薄量0.55-0.75g，即损伤层去除不够，并且硅片表面不平整，有很明显的平行条痕等，有的地方能形成金字塔结构，有的地方却不能形成金字塔结构，形成的金字塔结构大小也不均匀，反射率偏高，导致太阳电池片的效率下降；若采用两次制绒，虽然硅片的减薄量和绒面均匀性基本上能达到要求但消耗的制绒溶液量提高，并且时间成本明显增加。
所以采用金刚线切割在工业生产中会面临新的问题，即现有的制绒工艺适应不了金刚线切割的单晶硅片的速度，不能及时消化金刚线切割的单晶硅片，造成单晶硅片的积累，不利于企业成本的控制。由于目前金刚线切割还不是主流的切割工艺，如果专门针对金刚线切割的硅片制定一套制绒工艺，势必会造成工业成本的增加和资源的浪费。
如果能发明一种既不增加整个制绒时间，又能在几乎不增加成本的情况下得到优良的绒面，最好还能与普通砂浆切割硅片的制绒工艺较好的匹配的制绒方法，这将大大的提高企业的产量和利益。
发明内容
本发明提供了一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法，将金刚线切割的单晶硅片应用于现有的制绒工艺中进行制绒处理，处理后的单晶硅表面的绒面结构大小合适，分布均匀，且不增加制绒的时间和成本。
一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法，包括：
(1)将所述的单晶硅片清洗、晾干，于60-80℃条件下在混合溶液中浸泡腐蚀20-400s，得预处理后的单晶硅片，所述的混合溶液由NaOH、异丙醇和去离子水组成，其中NaOH、异丙醇和去离子水的重量比为10-20∶0.8-12∶100-200；
(2)将所述的预处理后的单晶硅片清洗后进行湿法制绒。
金刚线切割的的单晶硅片的表面损伤层的厚度和缺陷与常规工艺切割的单晶硅片不同，不能直接适用于常规的制绒工艺，专门针对金刚线切割的单晶硅片重新设计新的制绒工艺，势必增加企业的制作成本，因此当需要对金刚线切割的单晶硅片进行制绒时，本发明在常规的制绒工艺流程前端新增一个预处理槽，步骤(1)中所述的预处理步骤在该预处理槽内进行，无需对现有的工艺流程和设备进行专门的改进，且该预处理过程可以在后续制绒工艺的等待时间内完成，不增加整个制绒的时间，撤掉该预处理槽和与处理过程，即可以处理常规切割方法如碳化硅砂浆多线切割的单晶硅片。
优选地，步骤(2)中所述的湿法制绒为：将清洗后的单晶硅片于76-82℃条件下在混合溶液中浸泡腐蚀10-30min，再在去离子水中冲洗即可，所述的混合溶液的组成为：以1-2kg的NaOH为基准，异丙醇的添加量为3-5L，制绒添加剂的添加量为100-500ml，去离子水的添加量为150L。制绒添加剂可采用市售产品，本发明使用的制绒添加剂可购自常州时创能源科技有限公司。
优选地，步骤(1)中所述的混合溶液中NaOH、异丙醇和去离子水的重量比为10-15∶0.8-12∶100-200。若NaOH用量过多，预处理后的单晶硅片硅片再经过制绒，减薄量偏大，去掉的不仅仅是损伤层部分，单晶硅片有效吸收光相应减少，导致效率偏低；同样NaOH用量过少，去损伤层不彻底，制绒效果不好。
优选地，步骤(1)中所述的混合溶液中NaOH、异丙醇和去离子水的重量比为10-20∶0.8-12∶80-160。异丙醇重量比过大，反应变慢，预处理效果不理想；体积比过小，反应剧烈并且不均匀，甚至引起飘片等问题。
优选地，步骤(1)中所述浸泡腐蚀的时间为20-200s。该预处理时间较短，在同时制绒3-4框单晶硅片时，可以再每框间隔6-7min机械臂运行时间内完成，故不会增加整个制绒过程时间；此外最大程度地减少了预处理化学试剂的用量来控制成本。
优选地，步骤(1)中所述的单晶硅片在混合溶液中浸泡时的温度为65-75℃；更优选地，所述的温度为70-75℃。温度过低，反应不充分，要达到同样的效果需要采取延长时间等措施；温度过高，不利于热量消耗成本的控制。
本发明利用了两次不同的碱液制绒和时间差的特点，在不改变普通砂浆制绒工艺的参数情况下，添加一预处理槽，进行一次预制绒，利用两次不同的制绒程度完成金刚线切割硅片的制绒，在相同时间内得到金字塔结构均匀、反射率较低的绒面。本发明提出的一种基于金刚线切割单晶硅片湿法制绒方法，具有的以下优点：
(1)现有的普通砂浆切割硅片制绒的工艺不需要改变，与之具有较好的兼容性；
(2)实施方法简单、经济，不增加时间成本；
(3)相比仅经过一次制绒的硅片具有绒面大小合适和分布更均匀的特点。
附图说明
图1是本发明实施例1的SEM图；
图2是本发明实施例2的OM图；
图3是本发明实施例5的OM图。
具体实施方式
实施例1
1)金刚线切割的单晶硅片经过清洗、甩干；
2)在普通制绒工艺最前端加一个预反应槽，在该预处理槽中添加预处理溶液，预处理溶液为NaOH、异丙醇(IPA)及去离子水的混合液；NaOH 10kg，IPA 10L，H2O150L；
3)将步骤1)中的单晶硅片取1框300片放入步骤(2)中增加的预反应槽中进行预处理，预制绒即浸泡时间为120s，温度为70℃；
4)将步骤3)中经过预处理的单晶硅片经过70℃的去离子水清洗1min；
5)因后面普通砂浆切割单晶硅片的制绒工艺不需改变，将步骤4)中清洗后的单晶硅片直接按常规制绒工艺进行制绒：常规制绒工艺为1.5kg NaOH，4L异丙醇，250ml制绒添加剂和150L去离子水，处理时间为20min，温度为80℃。
6)将上述制绒好后的单晶硅片的绒面进行SEM观察，结果如图1所示，由图中可以看出，利用该方法制绒的单晶硅片表面的绒面结构大小合适，分布均匀。
7)将上述制绒好的单晶硅片制成电池，电池效率比改进前的要高0.1-0.2％。
实施例2
1)金刚线切割的单晶硅片经过清洗、甩干；
2)根据实施例1中工艺处理1框300片单晶硅片之后，在预反应槽补给溶液，补给溶液为150g NaOH和120ml异丙醇(IPA)；
3)将步骤1)中的单晶硅片取1框300片放入已补给溶液的预反应槽中进行预处理，预制绒即浸泡时间为120s，温度为70℃；
4)将步骤3)中经过预处理的单晶硅片经过70℃的去离子水清洗1min；
5)因后面普通砂浆切割单晶硅片的制绒工艺不需改变，将步骤4)中清洗后的单晶硅片直接按常规制绒工艺进行制绒：常规制绒工艺为1.5kg NaOH，4L异丙醇，250ml制绒添加剂和150L去离子水，处理时间为25min，温度为80℃。
6)将上述制绒好后的单晶硅片的绒面进行OM(光学显微镜)观察，结果如图2所示，单晶硅片表面没有金刚线切割平行条痕，绒面结构大小合适，分布均匀。
7)将上述制绒好的单晶硅片制成电池，电池效率比改进前的要高0.1-0.2％。
实施例3
1)金刚线切割的单晶硅片经过清洗、甩干；
2)在普通制绒工艺最前端加一个预反应槽，在该预处理槽中天剑预处理溶液，预处理溶液为NaOH、异丙醇(IPA)及去离子水；加入NaOH20kg，IPA 15L，H2O 200L；
3)将步骤1)中的单晶硅片取1框300片放入步骤(2)中增加的预反应槽中进行预处理，预制绒时间为90s，温度为75℃；
4)将步骤3)中经过预处理的单晶硅片经过75℃的去离子水清洗1min；
5)因后面普通砂浆切割硅片的制绒工艺不需改变，将步骤4)中清洗后的单晶硅片直接按常规制绒工艺进行制绒；常规制绒工艺为1.5kgNaOH，4L异丙醇，250ml制绒添加剂和150L去离子水，处理时间为20min，温度为80℃；
6)将上述制绒好后的单晶硅片进行反射率测试，在300-1100nm测试区间内平均反射率为14-15％，明显低于改进前的反射率15-16％。
7)将上述制绒好的单晶硅片制成电池，电池效率比改进前的要高0.1-0.2％。
实施例4
1)金刚线切割的单晶硅片经过清洗、甩干；
2)根据实施例3中工艺处理1框300片单晶硅片之后，在预反应槽中补给溶液，补给溶液为120g NaOH和120ml异丙醇(IPA)；
3)将步骤1)中的单晶硅片取1框300片放入步骤(2)中已补给溶液的预反应槽中进行预处理，预制绒即浸泡时间为90s，温度为75℃；
4)将步骤3)中经过预处理的单晶硅片经过75℃的去离子水清洗1min；
5)因后面普通砂浆切割硅片的制绒工艺不需改变，将步骤4)中清洗后的单晶硅片直接按常规制绒工艺进行制绒：常规制绒工艺为1.5kgNaOH，4L异丙醇，250ml制绒添加剂和150L去离子水，处理时间为20min，温度为80℃。
6)将上述制绒好后的单晶硅片进行反射率测试，在300-1100nm测试区间内平均反射率为14-15％，明显低于改进前的反射率15-16％。
7)将上述制绒好的单晶硅片制成电池，电池效率比改进前的要高0.1-0.2％。
实施例5
1)金刚线切割的单晶硅片经过清洗、甩干；
2)将步骤1)中的单晶硅片不经过预处理，直接进行普通硅片制绒工艺制绒，即在1.5kg NaOH，4L异丙醇，250ml制绒添加剂和150L去离子水的混合溶液中处理25min，温度为80℃。
3)将步骤2)中制绒后的单晶硅片经过去离子水清洗之后，吹干。
4)将上述制绒好后的单晶硅片的绒面进行OM观察，结果如图3所示，单晶硅片表面金刚线切割平行条痕仍存在，绒面结构效果较差，并且分布不均匀；将上述制绒好后的单晶硅片进行反射率测试，在300-1100nm测试区间内平均反射率为15-16％。
5)将上述制绒好的单晶硅片制成电池，电池效率比经过预处理硅片低0.1-0.2％。
以上实施例中单晶硅片的反射率采用RADITECH的D8反射器测得。
Claims (1)
1.一种基于金刚线切割的单晶硅片的湿法制绒方法，其特征在于，包括：
(1)金刚线切割的单晶硅片经过清洗、甩干；
(2)在普通制绒工艺最前端加一个预反应槽，在该预反应槽中添加预处理溶液，预处理溶液为NaOH、异丙醇及去离子水的混合液；NaOH10kg，异丙醇10L，H2O150L；
(3)将步骤1)中的单晶硅片取1框300片放入步骤(2)中增加的预反应槽中进行预处理，即浸泡时间为120s，温度为70℃；
(4)将步骤3)中经过预处理的单晶硅片经过70℃的去离子水清洗1min；
(5)将步骤4)中清洗后的单晶硅片直接按常规制绒工艺进行制绒：常规制绒工艺的制绒液由1.5kg NaOH，4L异丙醇，250ml制绒添加剂和150L去离子水组成，处理时间为20min，温度为80℃。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |