專利名稱：一種植絨液及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工技術領域，涉及一種植絨液，特別是一種在制造太陽能電池工藝 的植絨工藝中應用到的植絨液，同時本發(fā)明還介紹了植絨液的制備方法。
背景技術：
當今世界硅基太陽能電池按材料區(qū)分可分為兩大陣營即多晶和單晶太陽能電池。 植絨制程是太陽能電池制程中的第一道工藝，也是一道極為關鍵的工藝制程。一般而言對 于太陽能電池的硅基材料的反射率為30-35%，意即100%的太陽能光投射到硅基表面，有 約30-35%的太陽能光被反射，而不能有效利用這部分太陽光的能量。植絨工藝的主要作用 就在于將硅基材料的反射率降到最低，以求最大范圍的利用太陽光給我們提供的能量。目前植絨工藝按硅基材料可分為酸制程和堿制程。對于單晶硅硅基材料而言， 目前主流的傳統(tǒng)絨面工藝為堿制程，其內容為先利用高濃度的氫氧化鉀(或氫氧化鈉) (20%)的水溶液進行去除由于切割過程中留下的切割痕跡(或稱為損傷層)，一般需去除 5-10 u m左右厚度的硅材料，然后再利用氫氧化鉀(或氫氧化鈉)+異丙醇+硅酸鈉的混合 水溶液在80°C的溫度下刻蝕而成在微觀下觀察得到的密集金字塔。其反射率將降至14% 左右。也就是說通過植絨制程，可以拿回了 15-20%的太陽光能量。但是傳統(tǒng)的堿絨面制程 的最大缺陷在于由于大量使用異丙醇，而其低沸點和易揮發(fā)的化學特性造成了植絨制程 批次間的不穩(wěn)定，時常會出現(xiàn)大量所謂的花斑片，并嚴重影響電池片的外觀和發(fā)電效率。一般的，太陽能電池片行業(yè)絨面花斑，在一些大廠能被控制在2%左右，但對于那 些小廠或工藝尚不夠成熟的廠家，花斑率一般在5-10%。

發(fā)明內容
本發(fā)明所需要解決的技術問題在于現(xiàn)有制備太陽能電池的植絨工藝中使用的植 絨液含有的異丙醇等低沸點、易揮發(fā)的化學物質，這些化學物質在使用過程中會造成植絨 工藝批次間的不穩(wěn)定，并時常會出現(xiàn)大量的花斑片，從而嚴重影響電池片的外觀和發(fā)電效 率的問題，并針對該問題提供了一種植絨液，在植絨工藝中使用本發(fā)明所述的植絨液，至少 可以從根本上解決上述技術問題。具體來說，本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的—種植絨液，包括能與硅反應的堿、硅酸鹽、消泡劑及水，所述消泡劑為戊酸戊醇 混合物，戊酸戊醇混合物中戊酸與戊醇的質量比為3 1 2 1。正如本發(fā)明背景技術部分所言，現(xiàn)有植絨工藝中有利用氫氧化鉀(或氫氧化鈉)+ 異丙醇+硅酸鈉的混合水溶液將硅片在80°C的溫度下刻蝕，從而在硅基片表面形成微觀下 觀察得到的密集金字塔這一步驟，在該步驟中，異丙醇是消泡劑，用于將氫氧化鉀(或氫氧 化鈉)和硅片反應所產(chǎn)生的氫氣帶走。由于異丙醇的沸點較低(82. 6°C )，因此，異丙醇極 易揮發(fā)。而在實際操作中，植絨槽的不同部位的溫度難免會受溫度控制精度的影響而高低不均勻，也即在植絨槽內的不同部位，異丙醇的揮發(fā)程度是不盡相同的。如果某些部位的溫 度偏高，則異丙醇的揮發(fā)就比較大，從而就會導致這些部位的異丙醇濃度偏低，使不同部位 的硅基片刻蝕速率也不一致(即植絨工藝批次間的不穩(wěn)定)，最終在硅片表面形成肉眼看 到的花片。本發(fā)明采用的戊酸戊醇混合物的沸點一般高于200°C，因此，足以保證在植絨工藝 中不發(fā)生揮發(fā)。同時本發(fā)明所述戊酸戊醇混合物中的各組份都有各自的作用，一般而言，醇類物 質(在這里即指戊醇)的加入能有效降低體系表面張力，使得產(chǎn)生氫氣不能吸附于硅片之 上，有利于產(chǎn)生的氫氣脫泡排出，從而能起到消泡作用。而戊酸戊醇混合物中的戊酸能和氫 氧化鉀反應生成戊酸鉀，戊酸鉀吸附在硅片表面能有效增強氫氧化鉀對硅片刻蝕的各向異 性，即更容易形成微金字塔結構。為了使戊酸戊醇混合物中的各組份能夠充分的發(fā)揮各自的作用，戊酸戊醇混合物 中戊酸與戊醇的質量比為3 1 2 1，需要進一步指出的是，戊酸戊醇的所有同分異構 體都可以被用來當做本發(fā)明所述的戊酸和戊醇。事實上，上面介紹的戊酸戊醇混合物的作用，已經(jīng)足以解決本發(fā)明所要解決的技 術問題(有大量花斑片，從而影響電池片的轉換效率)，一般來說，使用本發(fā)明所述植絨液 來制備太陽能電池，其電池片的轉化效率能提升0.2-0.5%。但是，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)戊酸戊醇混 合物還能間接的帶來其他的一些技術效果，其中的一個例子是，使用本發(fā)明所述的植絨液 能夠簡化植絨工藝的設備在本發(fā)明之前，植絨工藝對設備的要求是比較高的，這至少具體體現(xiàn)在植絨槽需 配備鼓泡或槽內循環(huán)裝置，對鼓泡或槽內循環(huán)裝置的穩(wěn)定度要求高這兩方面。對于現(xiàn)有植絨工藝而言，加裝穩(wěn)定度高的鼓泡或槽內循環(huán)裝置的目的就是均勻植 絨槽內不同部位的溫度高低，以便盡量使異丙醇能夠在各個部位均勻的揮發(fā)，從而得到花 斑率較低的成品。本發(fā)明將戊酸戊醇混合物替代異丙醇作為消泡劑后，由于戊酸戊醇混合物具有較 高的沸點，不存在在植絨工藝運作的過程中消泡劑容易揮發(fā)的問題，因此現(xiàn)有植絨槽內配 備的鼓泡或槽內循環(huán)裝置也就沒有存在的必要了。另一個例子是，使用本發(fā)明所述的植絨液，能夠簡化傳統(tǒng)植絨工藝在進行硅片的刻蝕之前往往需要除去切割留下的損傷層，由此，傳統(tǒng)植絨工藝設 置了去損傷層工藝，這樣下來，硅基片將被減薄30 y m左右，而本發(fā)明所述的植絨液能夠使 硅基片的起始刻蝕速率非常的高(一般能達到約3g/m2 ^化)，這就起到了硅基片的拋光作 用，同樣可以達到和去損傷層工藝相同的技術效果，而且硅基片減薄一般均在15 pm之內。因此，通過本發(fā)明所述植絨液，一方面，現(xiàn)有植絨工藝中的去損傷層工藝已經(jīng)沒有 設置的必要了 ；一方面，硅基片的減薄數(shù)量可以大大縮減，解決了硅基片源薄化后工藝過程 中的碎片率提升(即硅基片在被蝕刻后變薄，強度不夠，在后續(xù)工序中容易破裂)的困擾， 改善了薄片條件下的電池片彎曲程度；一方面，從環(huán)保的角度來看，由于本發(fā)明在生產(chǎn)過程 中說產(chǎn)生的廢液是傳統(tǒng)工藝的三分之一(至少通過硅基片的減薄數(shù)量大大縮減來實現(xiàn))， 所以大大的節(jié)約了廢水處理的成本。綜上所述，本發(fā)明采取的戊酸戊醇混合物物料替代異丙醇這一技術手段所帶來的技術效果均能夠使植絨工藝的成本大幅下降，一般說來，植絨生產(chǎn)直接成本將降低35%以 上。這對于目前太陽能電池硅基材料短缺，價格高昂的形勢下，具有特殊意義。除了戊酸戊醇混合物，植絨液中的其它組份也能產(chǎn)生相應的作用，事實上，植絨液 總體的技術效果需要各種組份的相互協(xié)調配合才能較好的發(fā)揮出來，因此，為了使本發(fā)明 的植絨液的有益效果能夠充分發(fā)揮，需要對植絨液中各組分的比例進行合理的設置。對于本發(fā)明而言，所述堿的質量百分比為5% -15% 刻蝕的原理是利用硅基片的各向異性，堿液在濃度較低時在不同方向上刻蝕速率 可相差100倍，堿量如果過大會消弱各向異性，即在不同方向上刻蝕速率相差無幾，這樣就 達不到刻蝕的效果。當然堿液濃度較低的話是達不到刻蝕量的要求的。將堿的質量百分比 濃度設置為5% -15%是合適的，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)這樣的濃度能夠在確保硅基片各向異性的同 時，保持一定的刻蝕量。對于本發(fā)明而言，硅酸鹽的質量百分比為20% -30% 適量的硅酸鹽起到一個緩沖溶液的作用，因為蝕刻的過程會產(chǎn)生硅酸鹽，如果初 始狀態(tài)下多加入硅酸鹽的話會在刻蝕后期由于硅酸根離子的富集會嚴重影響刻蝕速率。將 硅酸鹽的質量百分比濃度設置為20% -30%是合適的，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)這樣的濃度能夠發(fā)揮硅 酸鹽緩沖作用的同時，至少不會造成刻蝕后期由于硅酸根離子的富集而嚴重影響刻蝕速率 的后果。對于本發(fā)明而言，戊酸戊醇混合物的質量百分比為5% -15% 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)戊酸戊醇混合物加多了不僅會增加成本而且會消耗更多的堿液，加少 了起不到降低植絨液表面張力的作用(也即消泡作用)，將戊酸戊醇混合物的質量百分數(shù) 設置為5% -15%綜合考慮了上述兩種因素。經(jīng)本發(fā)明所述植絨液處理的用于制備太陽能電池的硅基材料，一般具有一些顯著 的優(yōu)點，例如硅基材料的絨面均勻性好(用顯微鏡可以硅基材料表面看到細而密的微金 字塔)、植絨工藝批次間的穩(wěn)定性高(片花率一般為0% )、植絨設備的投資低(由于不需 要設立鼓泡或槽內循環(huán)裝置等輔助設備，因此一般投資成本較現(xiàn)有植絨設備的投資成本低 30-50% )、廢液產(chǎn)生量少等等。為了本領域技術人員便于實施本發(fā)明，本發(fā)明還提供了一種制備植絨液的方法， 該方法包括a、將水以及能與硅反應的堿加入反應釜中，攪拌促進其溶解，得到堿液，并使堿液 的溫度保持在50°C -80°C ；b、向a步驟制備的堿液中加入戊酸戊醇混合物，得到第一混合液，并使第一混合 液的溫度保持在50°C -80°C ；c、向第一混合液中加入硅酸鹽，得到第二混合液，并使第二混合液的溫度保持在 50 °C -80 °C ；d、向第二混合液中加入水，并使溶液的溫度保持在50°C -80°C，隨后冷卻，即得到 植絨液。考慮到硅酸鹽的溶解度，本發(fā)明所述硅酸鹽指硅酸鈉或硅酸鉀，優(yōu)選硅酸鈉。本發(fā)明所述植絨液中的各種組分一般在50°C -80°C的條件下混合，這樣的溫度設 置能夠使各種組分互相充分溶解，從而為植絨液發(fā)揮有益效果奠定基礎。
具體實施例方式實施例本實施例所述的植絨液包括質量百分比為10 %的電子級氫氧化鉀、質量百分比 為25%的硅酸鈉、質量百分比為10%的戊酸戊醇混合物(其中戊酸與戊醇的質量比為 2.5 1)，其余為純水，戊酸與戊醇均為由上海試劑三廠生產(chǎn)的分析純試劑。下面具體介紹下制備本實施例所述植絨液的方法步驟(下面所提到的百分數(shù)均 為質量百分數(shù))1.將20%的工業(yè)純水以及10%電子級的氫氧化鉀加入反應釜中，中速 (800-2500r/min)攪拌促進其溶解，并通過加熱隔套將溶液的溫度保持在70°C。攪拌時間 控制在25分鐘；2.待氫氧化鉀完全溶解后，按10%的比例逐量加入戊酸戊醇混合物，中速 (800-3000r/min)攪拌促進其溶解，并通過加熱隔套將溶液的溫度保持在70°C。攪拌時間 控制在50分鐘；3.按25%的比例加入電子級的硅酸鈉(30%含固量)，中速(800-2500r/min)攪 拌促進其溶解，并通過加熱隔套將溶液的溫度保持在70°C。攪拌時間控制在50分鐘；4.最后加入剩余比例的熱純水(溫度為70°C )，中速(800-2500r/min)攪拌，并通 過加熱隔套將溶液的溫度保持在70°C，攪拌時間控制在50分鐘，隨后冷卻至30°C后過濾， 包裝即可。使用時，只需將硅基片放入盛有植絨液的刻蝕槽中，刻蝕槽的溫度為80°C，從而微 觀下在硅基片表面觀察到密集金字塔，刻蝕30分鐘，即可完成植絨制程。用上述植絨液處理的硅基片被最終制成電池片后，其電池光電轉換效率一般達到 16. 8-17%，電池翹曲度一般為 0. 95-1. 25mm。為了便于說明本發(fā)明的有益效果，現(xiàn)列舉一個用現(xiàn)有技術完成植絨制程的方法步 驟先利用質量百分比濃度為20%的氫氧化鉀的水溶液進行去除由于切割過程中留 下的切割痕跡(或稱為損傷層)，去除8 y m厚度的硅材料，然后再利用氫氧化鉀+異丙醇+ 硅酸鈉的混合水溶液(其中氫氧化鉀的質量百分比濃度為3%，異丙醇的質量百分比濃度 為0. 5%，硅酸鈉的質量百分比濃度為1 %，其余為水)在80°C的溫度下刻蝕30分鐘，同樣， 微觀下，在硅基片表面觀察到密集金字塔。用上述氫氧化鉀+異丙醇+硅酸鈉的混合水溶液處理的硅基片被最終制成電池片 后，其電池光電轉換效率一般為16. 0-16. 5%,電池翹曲度一般為1. 4-1. 6mm表1為實施例所述用植絨液及氫氧化鉀+異丙醇+硅酸鈉的混合水溶液分別處理 的硅基片的性能對比表。表 權利要求
一種植絨液，包括能與硅反應的堿、硅酸鹽、消泡劑及水，其特征在于所述消泡劑為戊酸戊醇混合物，戊酸戊醇混合物中戊酸與戊醇的質量比為3∶1～2∶1。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種植絨液，其特征在于所述堿的質量百分比為5%-15%， 硅酸鹽的質量百分比為20%-30%，戊酸戊醇混合物的質量百分比為5%-15%，其余為水。
3.一種制備權利要求1或2所述植絨液的方法，其特征在于，包括如下步驟a、將水以及能與硅反應的堿加入反應釜中，攪拌促進其溶解，得到堿液，并使堿液的溫 度保持在50°C -80°C ；b、向a步驟制備的堿液中加入戊酸戊醇混合物，得到第一混合液，并使第一混合液的 溫度保持在50°C -80°C ；c、向第一混合液中加入硅酸鹽，得到第二混合液，并使第二混合液的溫度保持在 50 °C -80 °C ；d、向第二混合液中加入水，并使溶液的溫度保持在50°C-80°C，隨后冷卻，即得到植絨液。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工技術領域，涉及一種植絨液，特別是一種在制造太陽能電池工藝的植絨工藝中應用到的植絨液，同時本發(fā)明還介紹了植絨液的制備方法，為了解決現(xiàn)有制備太陽能電池的植絨工藝中使用的蝕刻液含有的異丙醇等低沸點、易揮發(fā)的化學物質，這些化學物質在使用過程中會造成植絨工藝批次間的不穩(wěn)定，并時常會出現(xiàn)大量的花斑片，從而嚴重影響電池片的外觀和發(fā)電效率的問題，本發(fā)明提供了一種植絨液，該植絨液包括能與硅反應的堿、硅酸鹽水溶液以及戊酸戊醇混合物，戊酸戊醇混合物中戊酸與戊醇的質量比為3∶1～2∶1。
文檔編號C03C15/00GK101844872SQ20101017259
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權日2010年5月7日
發(fā)明者周建國, 馬星雪 申請人:上海長悅涂料有限公司