專利名稱：一種硅片蝕刻液及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種硅片蝕刻液及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能光伏電池硅片蝕刻液是多種化學物質(zhì)的混合體，用來處理太陽能光 伏電池的硅片，蝕刻液的質(zhì)量優(yōu)劣決定了硅片的光電轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)成本。
現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能光伏電池硅片蝕刻液的工業(yè)化生產(chǎn)主要采用如下方法 以氫氧化鉀或氫氧化鈉、硅酸鉀或硅酸鈉為原料，在它們的水溶液中加入異丙 醇，用作為硅片的蝕刻液。上述方法存在硅片蝕刻后的表面質(zhì)量不佳(光電轉(zhuǎn) 換效率低于16.5%),成品率低(75%以下)，處理硅片量小(1000克蝕刻液對 125mmX125mm的硅片的處理量僅達25片)，廢水多，異丙醇對人體有害，生 產(chǎn)成本髙等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硅片蝕 刻液，經(jīng)過其蝕刻的硅片表面質(zhì)量好。
本發(fā)明還要提供一種上述硅片蝕刻液的制備方法，該方法生產(chǎn)成本低。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種方案是 一種硅片蝕刻液，其由 如下組分組成a)堿金屬的氫氧化物；b)堿金屬的偏硅酸鹽；C)堿金屬的烯二 酸鹽；d)金屬羰基化合物；e)水，其中，組分a)、 b)、 c)、 d)的摩爾比為1.2 4:1:0.1 1:0.2 1，組分e)占所述硅片蝕刻液總重量的25% 55%。
所述的堿金屬優(yōu)選為鉀或鈉。金屬羰基化合物可以為羰基鎢、羰基鈷、羰 基鎳或羰基錳中的一種或幾種，優(yōu)選羰基鈷。烯二酸鹽的碳數(shù)優(yōu)選在11 18之 間的整數(shù)。蝕刻液中，組分a)、b)、c)、d)的摩爾比優(yōu)選為2 3.5:1:0.2 0.8:0.3 0.7。
優(yōu)選地，蝕刻液的各種組分中的堿金屬相同，例如當a)為KOH時，b)優(yōu)選 為偏硅酸鉀，c)優(yōu)選為烯二酸鉀；當a)為NaOH時，b)優(yōu)選為偏硅酸鈉，c)優(yōu)選 為烯二酸鈉。
本發(fā)明硅片蝕刻液中的金屬羰基化合物的CO鍵與氫氣有很強的親和力，其 能使硅片蝕刻過程中產(chǎn)生的氫氣在產(chǎn)生后被立刻吸附帶走，保證了在硅片表面的每一部位都均勻而連續(xù)的進行蝕刻反應；蝕刻液中的堿金屬的烯二酸鹽能夠 在硅片蝕刻液中形成穩(wěn)定的緩沖溶液，使蝕刻液中的堿與偏硅酸鹽的濃度效應 在相當長的時間內(nèi)保持恒定，解決了硅片蝕刻過程中化學反應開始激烈后緩慢 的缺陷，保持了穩(wěn)定的化學反應速率，在提高了產(chǎn)品蝕刻質(zhì)量同時延長蝕刻液 的壽命。利用本發(fā)明的蝕刻液處理硅片，硅片蝕刻質(zhì)量好，處理硅片的數(shù)量增 加、成品率高；而且由于蝕刻液完全以水為溶劑，避免了異丙醇氣體對人體的 危害，更加環(huán)保。
本領域的普通技術(shù)人員在知曉本發(fā)明方案后，可以結(jié)合本領域的常規(guī)技術(shù) 手段制備得到本發(fā)明的蝕刻液。本發(fā)明中所述的a)組分如氫氧化鈉或氫氧化鉀， b)組分如偏硅酸鉀或偏硅酸鈉，c)組分如十五碳-3-烯-l，15-二酸，組分d)如羰 基鈷、羰基鎳等均可以通過商購獲得或采用本領域所公知的技術(shù)手段制備得到。 然而，為了最大化蝕刻液產(chǎn)品的性能以及降低蝕刻液的生產(chǎn)成本，本發(fā)明同時 提供了一種制備上述硅片蝕刻液的優(yōu)選方案，該方案具體如下
一種上述硅片蝕刻液的制備方法，其依次包括如下步驟
(1) 在反應容器中，將化合物a)與二氧化硅按摩爾比2 2.2: l混合，并 使它們在水溶劑中，于溫度50r 120匸下反應生成所述的化合物b);
(2) 、分別將c)、 d)加入到反應容器中，于溫度10or: i50X:下保溫攪 拌至少2小時，得所述的硅片蝕刻液。
根據(jù)本發(fā)明制備方法的一方面，將烯烴二酸與堿金屬的氫氧化物按投料摩 爾比1: 2 2.5混合，使烯烴二酸完全反應生成所述c)和水，得到所述c)、水 以及剩余的堿金屬的氫氧化物的混合物，然后將在步驟(2)中，將該混合物直 接加入到容器中。
根據(jù)本發(fā)明制備方法的另一方面，使化合物d)以乳化液的形式加入，所述 乳化液由化合物d)在高壓高速攪拌條件下，在水中發(fā)生乳化形成。乳化液中， d)的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為95% 98%。
優(yōu)選地，步驟(2)中，保溫攪拌在溫度120t: 150X:下進行4 6小時。
在采用本發(fā)明制備方法時，各種物質(zhì)的加入量應滿足其最后所得蝕刻液中 各組分的比例落入本發(fā)明蝕刻液所限定的范圍之中。
本發(fā)明制備方法能夠使組成蝕刻液的各組分充分混合，從而在硅片的蝕刻 過程中，體現(xiàn)出更優(yōu)化的協(xié)同作用。此外，本發(fā)明制備方法操作簡單、成本較 低、產(chǎn)生的廢水少，利于環(huán)保。
具體實施例方式
以下實施例中，堿金屬的烯二酸鹽(以十五碳-3-烯-l，15-二酸鉀為例)的合 成路線如下
HOOC-(CH2)10-CH=CH-CH2-COOH+KOH —KOOC-(CH2)10-CH=CH-CH2-COOK +2H20
制備的具體過程是將十五碳-3-烯-l,15-二酸與氫氧化鉀按投料摩爾比1: 2 2.5混合，使烯烴二酸完全反應生成十五碳-3-烯-l，15-二酸鉀和水，得到十五 碳-3-烯-l,15-二酸鉀、水以及剩余的氫氧化鉀的混合物，將在步驟(2)中，將 該混合物直接加入到容器中。
羰基鈷乳化液的配制使96份羰基鈷Co (CO)4與4份水混合，在髙壓 高速下攪拌，使發(fā)生乳化形成乳化液。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細的說明，但不限于這些實施例。
實施例1
一種硅片蝕刻液的制備方法，包括如下步驟
(1) 、在不銹鋼反應器內(nèi)加入95%氫氧化鉀300克(5mo1), 99.9%二氧化 硅60克(lmol),水380克，在80" 、 0.2MPa下反應3小時使二氧化硅全部轉(zhuǎn) 化為偏硅酸鉀；
(2) 、向上述反應器內(nèi)加入上述的十五碳-3-烯-l，15-二酸鉀溶液200克， 97wt。/。的羰基鈷的乳化液60克，于120"、 0.2MPa下保溫攪拌5小時，即得 lOOOg硅片蝕刻液，其中，十五碳-3-烯-l，15-二酸鉀溶液
由上述方法制備的硅片蝕刻液，其組成為氫氧化鉀168克(3mo1)、偏硅 酸鉀154克(lmol)、十五碳-3-烯陽l，15誦二酸鉀70克(0.2mol)、羰基鈷58克(0.34mo1) 及水550克。
經(jīng)過蝕刻太陽能光伏電池硅片試用，1000克蝕刻液對規(guī)格為 125mmX125mm的硅片的處理量為275片左右，硅片成品率100%。測得硅片 光電轉(zhuǎn)換效率18.3%。
實施例2
一種硅片蝕刻液的制備方法，包括如下步驟
(1) 、在不銹鋼反應器內(nèi)加入95%氫氧化鉀320克，99.9%二氧化硅60克， 水380克，在80X:、 0.2MPa下反應3小時，得到透明的溶液；
(2) 、向上述透明的溶液中加入95wt。/。 十三碳-3-烯-l，13-二酸鉀溶液180克，97wt。/。的羰基鈷的乳化液60克，于125C、 0.23MPa下保溫攪拌5小時， 即得1000克硅片蝕刻液。
由上述方法制備的硅片蝕刻液，其組成為氫氧化鉀192克(3.4mol)、偏 硅酸鉀154克(lmol)、十三碳-3-烯-l，13-二酸鉀64克(0.2mo1)、羰基鈷58克 (0.34mol)及水532克。
經(jīng)過蝕刻太陽能光伏電池硅片試用，1000克蝕刻液對規(guī)格為 125mmX125mm的硅片的處理量為275片左右，硅片成品率100%。測得硅片 的光電轉(zhuǎn)換效率為18.2%。
實施例3
一種硅片蝕刻液的制備方法，包括如下步驟
(1) 、在不銹鋼反應器內(nèi)加入95%氫氧化鉀320克，99.9%二氧化硅60克， 水380克，在80'C、 0.2MPa下反應3小時，得到透明的溶液；
(2) 、向上述透明的溶液中加入95wt。/。的十三碳-3-烯-l，13-二酸鉀溶液180 克，96wty。的羰基鎳的乳化液60克，于125C、 0.23MPa下保溫攪拌5小時， 即得1000克硅片蝕刻液。
由上述方法制備的硅片蝕刻液，其組成為氫氧化鉀192克(3.4mol)、偏 硅酸鉀154克(lmol)、十三碳-3-烯-l，13-二酸鉀64克(0.2mo1)、羰基鎳58克 (0.34mol)及水532克<>
經(jīng)過蝕刻太陽能光伏電池硅片試用，1000克蝕刻液對規(guī)格為 125mmX125mm的硅片的處理量為275片左右，硅片成品率100%。測得硅片 的光電轉(zhuǎn)換效率為18.5%。
以上對本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領域技術(shù)的人士能夠 了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本 發(fā)明的精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種硅片蝕刻液，其特征在于其由如下組分組成a)堿金屬的氫氧化物；b)堿金屬的偏硅酸鹽；c)堿金屬的烯二酸鹽；d)金屬羰基化合物；e)水，其中，組分a)、b)、c)、d)的摩爾比為1.2～4∶1∶0.1～1∶0.2～1，組分e)占所述硅片蝕刻液總重量的25％～55％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅片蝕刻液，其特征在于所述的堿金屬為鉀或鈉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅片蝕刻液，其特征在于所述金屬羰基化合物 為羰基鎢、羰基鈷、羰基鎳或羰基錳中的一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅片蝕刻液，其特征在于所述的烯二酸鹽的碳 數(shù)為11 18之間的整數(shù)。
5、 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的硅片蝕刻液，其特征在于組分a)、 b)、 c)、 d)的摩爾比為1.2 4:1:0.1 1:0.2 1。
6、 一種權(quán)利要求1所述的硅片蝕刻液的制備方法，其特征在于依次包括 如下步驟(1) 在反應容器中，將化合物a)與二氧化硅按摩爾比2 2.2: l混合，并 使它們在水溶劑中，于溫度50" 110t:下反應生成所述的化合物b);(2) 、分別將所述c)、 d)加入到反應容器中，于溫度100X: 150"下保 溫攪拌至少2小時，得所述的硅片蝕刻液。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅片蝕刻液的制備方法，其特征在于將烯烴二 酸與堿金屬的氫氧化物按投料摩爾比1: 2 2.5混合，使烯烴二酸完全反應生成 所述c)和水，得到所述c)、水以及剩余的堿金屬的氫氧化物的混合物，然后將 在步驟(2)中，將該混合物直接加入到容器中。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅片蝕刻液的制備方法，其特征在于使化合物 (d)以乳化液的形式加入，所述乳化液由化合物d)在高壓髙速攪拌條件下，在水中發(fā)生乳化形成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅片蝕刻液的制備方法，其特征在于所述的乳 化液中，d)的質(zhì)量百分含量為95% 98%。
10、 如權(quán)利要求6所述的硅片蝕刻液的制備方法，其特征在于步驟(2) 中所述保溫攪拌在溫度120C 150r下進行4 6小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅片蝕刻液及其制備方法，該蝕刻液由如下組分組成a)堿金屬的氫氧化物；b)堿金屬的偏硅酸鹽；c)堿金屬的烯二酸鹽；d)金屬羰基化合物；e)水，其中，組分a)、b)、c)、d)的摩爾比為1.2～4∶1∶0.1～1∶0.2～1，組分e)占所述硅片蝕刻液總重量的25％～55％。所述方法包括如下步驟首先在反應容器中，將化合物a)與二氧化硅按摩爾比2～2.2∶1混合，并使它們在水溶劑中，于溫度50℃～120℃下反應生成所述的化合物b)；然后分別將化合物c)、化合物d)加入到反應容器中，于溫度100℃～150℃下保溫攪拌至少2小時。本發(fā)明能夠提高硅片表面蝕刻質(zhì)量，降低蝕刻生產(chǎn)成本，減少污染環(huán)境。
文檔編號C23F1/10GK101649457SQ200910115848
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者丁裕強, 周明雄 申請人:吳江市曙光化工有限公司