专利名称：一种植绒液及其制备方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，涉及一种植绒液，特别是一种在制造太阳能电池工艺 的植绒工艺中应用到的植绒液，同时本发明还介绍了植绒液的制备方法。
背景技术：
当今世界硅基太阳能电池按材料区分可分为两大阵营即多晶和单晶太阳能电池。 植绒制程是太阳能电池制程中的第一道工艺，也是一道极为关键的工艺制程。一般而言对 于太阳能电池的硅基材料的反射率为30-35%，意即100%的太阳能光投射到硅基表面，有 约30-35%的太阳能光被反射，而不能有效利用这部分太阳光的能量。植绒工艺的主要作用 就在于将硅基材料的反射率降到最低，以求最大范围的利用太阳光给我们提供的能量。目前植绒工艺按硅基材料可分为酸制程和碱制程。对于单晶硅硅基材料而言， 目前主流的传统绒面工艺为碱制程，其内容为先利用高浓度的氢氧化钾(或氢氧化钠) (20%)的水溶液进行去除由于切割过程中留下的切割痕迹(或称为损伤层)，一般需去除 5-10 u m左右厚度的硅材料，然后再利用氢氧化钾(或氢氧化钠)+异丙醇+硅酸钠的混合 水溶液在80°C的温度下刻蚀而成在微观下观察得到的密集金字塔。其反射率将降至14% 左右。也就是说通过植绒制程，可以拿回了 15-20%的太阳光能量。但是传统的碱绒面制程 的最大缺陷在于由于大量使用异丙醇，而其低沸点和易挥发的化学特性造成了植绒制程 批次间的不稳定，时常会出现大量所谓的花斑片，并严重影响电池片的外观和发电效率。一般的，太阳能电池片行业绒面花斑，在一些大厂能被控制在2%左右，但对于那 些小厂或工艺尚不够成熟的厂家，花斑率一般在5-10%。
发明内容
本发明所需要解决的技术问题在于现有制备太阳能电池的植绒工艺中使用的植 绒液含有的异丙醇等低沸点、易挥发的化学物质，这些化学物质在使用过程中会造成植绒 工艺批次间的不稳定，并时常会出现大量的花斑片，从而严重影响电池片的外观和发电效 率的问题，并针对该问题提供了一种植绒液，在植绒工艺中使用本发明所述的植绒液，至少 可以从根本上解决上述技术问题。具体来说，本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的—种植绒液，包括能与硅反应的碱、硅酸盐、消泡剂及水，所述消泡剂为戊酸戊醇 混合物，戊酸戊醇混合物中戊酸与戊醇的质量比为3 1 2 1。正如本发明背景技术部分所言，现有植绒工艺中有利用氢氧化钾(或氢氧化钠)+ 异丙醇+硅酸钠的混合水溶液将硅片在80°C的温度下刻蚀，从而在硅基片表面形成微观下 观察得到的密集金字塔这一步骤，在该步骤中，异丙醇是消泡剂，用于将氢氧化钾(或氢氧 化钠)和硅片反应所产生的氢气带走。由于异丙醇的沸点较低(82. 6°C )，因此，异丙醇极 易挥发。而在实际操作中，植绒槽的不同部位的温度难免会受温度控制精度的影响而高低不均勻，也即在植绒槽内的不同部位，异丙醇的挥发程度是不尽相同的。如果某些部位的温 度偏高，则异丙醇的挥发就比较大，从而就会导致这些部位的异丙醇浓度偏低，使不同部位 的硅基片刻蚀速率也不一致(即植绒工艺批次间的不稳定)，最终在硅片表面形成肉眼看 到的花片。本发明采用的戊酸戊醇混合物的沸点一般高于200°C，因此，足以保证在植绒工艺 中不发生挥发。同时本发明所述戊酸戊醇混合物中的各组份都有各自的作用，一般而言，醇类物 质(在这里即指戊醇)的加入能有效降低体系表面张力，使得产生氢气不能吸附于硅片之 上，有利于产生的氢气脱泡排出，从而能起到消泡作用。而戊酸戊醇混合物中的戊酸能和氢 氧化钾反应生成戊酸钾，戊酸钾吸附在硅片表面能有效增强氢氧化钾对硅片刻蚀的各向异 性，即更容易形成微金字塔结构。为了使戊酸戊醇混合物中的各组份能够充分的发挥各自的作用，戊酸戊醇混合物 中戊酸与戊醇的质量比为3 1 2 1，需要进一步指出的是，戊酸戊醇的所有同分异构 体都可以被用来当做本发明所述的戊酸和戊醇。事实上，上面介绍的戊酸戊醇混合物的作用，已经足以解决本发明所要解决的技 术问题(有大量花斑片，从而影响电池片的转换效率)，一般来说，使用本发明所述植绒液 来制备太阳能电池，其电池片的转化效率能提升0.2-0.5%。但是，本发明发现戊酸戊醇混 合物还能间接的带来其他的一些技术效果，其中的一个例子是，使用本发明所述的植绒液 能够简化植绒工艺的设备在本发明之前，植绒工艺对设备的要求是比较高的，这至少具体体现在植绒槽需 配备鼓泡或槽内循环装置，对鼓泡或槽内循环装置的稳定度要求高这两方面。对于现有植绒工艺而言，加装稳定度高的鼓泡或槽内循环装置的目的就是均勻植 绒槽内不同部位的温度高低，以便尽量使异丙醇能够在各个部位均勻的挥发，从而得到花 斑率较低的成品。本发明将戊酸戊醇混合物替代异丙醇作为消泡剂后，由于戊酸戊醇混合物具有较 高的沸点，不存在在植绒工艺运作的过程中消泡剂容易挥发的问题，因此现有植绒槽内配 备的鼓泡或槽内循环装置也就没有存在的必要了。另一个例子是，使用本发明所述的植绒液，能够简化传统植绒工艺在进行硅片的刻蚀之前往往需要除去切割留下的损伤层，由此，传统植绒工艺设 置了去损伤层工艺，这样下来，硅基片将被减薄30 y m左右，而本发明所述的植绒液能够使 硅基片的起始刻蚀速率非常的高(一般能达到约3g/m2 ^化)，这就起到了硅基片的抛光作 用，同样可以达到和去损伤层工艺相同的技术效果，而且硅基片减薄一般均在15 pm之内。因此，通过本发明所述植绒液，一方面，现有植绒工艺中的去损伤层工艺已经没有 设置的必要了 ；一方面，硅基片的减薄数量可以大大缩减，解决了硅基片源薄化后工艺过程 中的碎片率提升(即硅基片在被蚀刻后变薄，强度不够，在后续工序中容易破裂)的困扰， 改善了薄片条件下的电池片弯曲程度；一方面，从环保的角度来看，由于本发明在生产过程 中说产生的废液是传统工艺的三分之一(至少通过硅基片的减薄数量大大缩减来实现)， 所以大大的节约了废水处理的成本。综上所述，本发明采取的戊酸戊醇混合物物料替代异丙醇这一技术手段所带来的技术效果均能够使植绒工艺的成本大幅下降，一般说来，植绒生产直接成本将降低35%以 上。这对于目前太阳能电池硅基材料短缺，价格高昂的形势下，具有特殊意义。除了戊酸戊醇混合物，植绒液中的其它组份也能产生相应的作用，事实上，植绒液 总体的技术效果需要各种组份的相互协调配合才能较好的发挥出来，因此，为了使本发明 的植绒液的有益效果能够充分发挥，需要对植绒液中各组分的比例进行合理的设置。对于本发明而言，所述碱的质量百分比为5% -15% 刻蚀的原理是利用硅基片的各向异性，碱液在浓度较低时在不同方向上刻蚀速率 可相差100倍，碱量如果过大会消弱各向异性，即在不同方向上刻蚀速率相差无几，这样就 达不到刻蚀的效果。当然碱液浓度较低的话是达不到刻蚀量的要求的。将碱的质量百分比 浓度设置为5% -15%是合适的，本发明发现这样的浓度能够在确保硅基片各向异性的同 时，保持一定的刻蚀量。对于本发明而言，硅酸盐的质量百分比为20% -30% 适量的硅酸盐起到一个缓冲溶液的作用，因为蚀刻的过程会产生硅酸盐，如果初 始状态下多加入硅酸盐的话会在刻蚀后期由于硅酸根离子的富集会严重影响刻蚀速率。将 硅酸盐的质量百分比浓度设置为20% -30%是合适的，本发明发现这样的浓度能够发挥硅 酸盐缓冲作用的同时，至少不会造成刻蚀后期由于硅酸根离子的富集而严重影响刻蚀速率 的后果。对于本发明而言，戊酸戊醇混合物的质量百分比为5% -15% 本发明发现戊酸戊醇混合物加多了不仅会增加成本而且会消耗更多的碱液，加少 了起不到降低植绒液表面张力的作用(也即消泡作用)，将戊酸戊醇混合物的质量百分数 设置为5% -15%综合考虑了上述两种因素。经本发明所述植绒液处理的用于制备太阳能电池的硅基材料，一般具有一些显著 的优点，例如硅基材料的绒面均勻性好(用显微镜可以硅基材料表面看到细而密的微金 字塔)、植绒工艺批次间的稳定性高(片花率一般为0% )、植绒设备的投资低(由于不需 要设立鼓泡或槽内循环装置等辅助设备，因此一般投资成本较现有植绒设备的投资成本低 30-50% )、废液产生量少等等。为了本领域技术人员便于实施本发明，本发明还提供了一种制备植绒液的方法， 该方法包括a、将水以及能与硅反应的碱加入反应釜中，搅拌促进其溶解，得到碱液，并使碱液 的温度保持在50°C -80°C ；b、向a步骤制备的碱液中加入戊酸戊醇混合物，得到第一混合液，并使第一混合 液的温度保持在50°C -80°C ；c、向第一混合液中加入硅酸盐，得到第二混合液，并使第二混合液的温度保持在 50 °C -80 °C ；d、向第二混合液中加入水，并使溶液的温度保持在50°C -80°C，随后冷却，即得到 植绒液。考虑到硅酸盐的溶解度，本发明所述硅酸盐指硅酸钠或硅酸钾，优选硅酸钠。本发明所述植绒液中的各种组分一般在50°C -80°C的条件下混合，这样的温度设 置能够使各种组分互相充分溶解，从而为植绒液发挥有益效果奠定基础。
具体实施例方式实施例本实施例所述的植绒液包括质量百分比为10 %的电子级氢氧化钾、质量百分比 为25%的硅酸钠、质量百分比为10%的戊酸戊醇混合物(其中戊酸与戊醇的质量比为 2.5 1)，其余为纯水，戊酸与戊醇均为由上海试剂三厂生产的分析纯试剂。下面具体介绍下制备本实施例所述植绒液的方法步骤(下面所提到的百分数均 为质量百分数)1.将20%的工业纯水以及10%电子级的氢氧化钾加入反应釜中，中速 (800-2500r/min)搅拌促进其溶解，并通过加热隔套将溶液的温度保持在70°C。搅拌时间 控制在25分钟；2.待氢氧化钾完全溶解后，按10%的比例逐量加入戊酸戊醇混合物，中速 (800-3000r/min)搅拌促进其溶解，并通过加热隔套将溶液的温度保持在70°C。搅拌时间 控制在50分钟；3.按25%的比例加入电子级的硅酸钠(30%含固量)，中速(800-2500r/min)搅 拌促进其溶解，并通过加热隔套将溶液的温度保持在70°C。搅拌时间控制在50分钟；4.最后加入剩余比例的热纯水(温度为70°C )，中速(800-2500r/min)搅拌，并通 过加热隔套将溶液的温度保持在70°C，搅拌时间控制在50分钟，随后冷却至30°C后过滤， 包装即可。使用时，只需将硅基片放入盛有植绒液的刻蚀槽中，刻蚀槽的温度为80°C，从而微 观下在硅基片表面观察到密集金字塔，刻蚀30分钟，即可完成植绒制程。用上述植绒液处理的硅基片被最终制成电池片后，其电池光电转换效率一般达到 16. 8-17%，电池翘曲度一般为 0. 95-1. 25mm。为了便于说明本发明的有益效果，现列举一个用现有技术完成植绒制程的方法步 骤先利用质量百分比浓度为20%的氢氧化钾的水溶液进行去除由于切割过程中留 下的切割痕迹(或称为损伤层)，去除8 y m厚度的硅材料，然后再利用氢氧化钾+异丙醇+ 硅酸钠的混合水溶液(其中氢氧化钾的质量百分比浓度为3%，异丙醇的质量百分比浓度 为0. 5%，硅酸钠的质量百分比浓度为1 %，其余为水)在80°C的温度下刻蚀30分钟，同样， 微观下，在硅基片表面观察到密集金字塔。用上述氢氧化钾+异丙醇+硅酸钠的混合水溶液处理的硅基片被最终制成电池片 后，其电池光电转换效率一般为16. 0-16. 5%,电池翘曲度一般为1. 4-1. 6mm表1为实施例所述用植绒液及氢氧化钾+异丙醇+硅酸钠的混合水溶液分别处理 的硅基片的性能对比表。表 权利要求
一种植绒液，包括能与硅反应的碱、硅酸盐、消泡剂及水，其特征在于所述消泡剂为戊酸戊醇混合物，戊酸戊醇混合物中戊酸与戊醇的质量比为3∶1～2∶1。
2.根据权利要求1所述的一种植绒液，其特征在于所述碱的质量百分比为5%-15%， 硅酸盐的质量百分比为20%-30%，戊酸戊醇混合物的质量百分比为5%-15%，其余为水。
3.一种制备权利要求1或2所述植绒液的方法，其特征在于，包括如下步骤a、将水以及能与硅反应的碱加入反应釜中，搅拌促进其溶解，得到碱液，并使碱液的温 度保持在50°C -80°C ；b、向a步骤制备的碱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 温度保持在50°C -80°C ；c、向第一混合液中加入硅酸盐，得到第二混合液，并使第二混合液的温度保持在 50 °C -80 °C ；d、向第二混合液中加入水，并使溶液的温度保持在50°C-80°C，随后冷却，即得到植绒液。
全文摘要
本发明属于化工技术领域，涉及一种植绒液，特别是一种在制造太阳能电池工艺的植绒工艺中应用到的植绒液，同时本发明还介绍了植绒液的制备方法，为了解决现有制备太阳能电池的植绒工艺中使用的蚀刻液含有的异丙醇等低沸点、易挥发的化学物质，这些化学物质在使用过程中会造成植绒工艺批次间的不稳定，并时常会出现大量的花斑片，从而严重影响电池片的外观和发电效率的问题，本发明提供了一种植绒液，该植绒液包括能与硅反应的碱、硅酸盐水溶液以及戊酸戊醇混合物，戊酸戊醇混合物中戊酸与戊醇的质量比为3∶1～2∶1。
文档编号C03C15/00GK101844872SQ20101017259
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者周建国, 马星雪 申请人:上海长悦涂料有限公司