本发明属于光伏产业硅晶体切割技术领域,尤其涉及一种金刚砂线硅片切割液。
背景技术:
光伏行业是目前研究应用比较热门的产业,属于新能源行业。光伏半导体硅片应运而生的成为了清洁太阳能的支柱产业,硅片的供需市场较为火热。切片是硅片加工的重要的一道工序,同时也是造成硅片应力、表层及亚表层损伤及崩边的主要工序之一,硅片切割良率直接决定了光伏产业的产能。而切割液的性能是影响硅片切割效率及质量的关键因素之一。
目前的硅片切割工艺主要采用游离砂浆切割悬浮液和金刚砂线切割,而金刚石砂线切割是一种更为新型的切割工艺,我国目前还处于起步阶段。该工艺主要是利用砂线外层镀有的金刚石与硅片摩擦来进行切割,切割液不需要悬浮碳化硅颗粒,也不需要具备较高的粘度,不需要在溶液中混入碳化硅刃料,其切割速度是砂浆切割工艺中钢线的2~3倍,出片率也比砂浆切割方式高,且其消耗的水电比砂浆切割技术减少了三分之二,切割后产生的硅粉可以全部回收使用,因此在单位产量的折旧、人工和能源成本将大大降低,可谓既节能又环保。
专利105695076a和105713714a属于同系列产品,较多的使用了国家禁止使用的烷基酚聚氧乙烯醚等表面活性剂。其实丁苯胶的使用虽然加速了硅粉的团聚,但是大颗粒的硅粉粘在金刚砂线上也降低了硅片切割的良率。
专利cn102321497a公开了一种太阳能硅片切割液,包括聚乙二醇,表面活性剂、润滑剂、渗透剂和螯合剂,还包含具有硫氧双键的有机化合物。该专利虽然性能较好,但属于传统的游离砂浆切割悬浮液,该系列悬浮液目前已处于淘汰技术。
目前市售硅片切割液切割后的硅片表面ttv大,有线痕,由于硅片在切割过程中会发生脆性崩裂或划痕,影响了硅片表面的粗糙度和翘曲度,使得所加工的硅片总厚度存在误差。
金刚砂线使用寿命短,现在很多硅片切割液使用的添加剂质量差,不利于切割后清洗,从而缩短了金刚砂线的使用寿命。
硅片切割过程中切屑硅粉由于粒度太细与水反应会释放出氢气,长时间的生产积累会产生安全隐患。
对比传统的砂浆悬浮液切割工艺与金刚石砂线切割工艺,后者砂线外层镀有的金刚石与硅片摩擦产生的摩擦力远比砂浆悬浮液高,切割时产生瞬间更强的高温,冷却效果下降、硅粉沉降性不好,这导致了切割后的硅片表面会存在不易清洗的固体硅细粉末,从而使产品光滑度下降、良率低。
技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题在于:在传统的砂浆悬浮切割液被淘汰的前提下,提供一种金刚石砂线切割硅片的切割液,解决切割速度慢,硅粉沉降性差,硅片良率低的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:提供一种金刚砂线硅片切割液,其组分包括异己二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、surfynol465、丙二醇嵌段聚醚p65、dehyponlt104、异壬酸、异丙醇胺和去离子水。
具体而言,上述金刚砂线硅片切割液按重量份数计包括以下各组分:异己二醇8-15份、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇2-5份、surfynol4650.1-0.5份、丙二醇嵌段聚醚p6510-20份、dehyponlt1040.5-1份、异壬酸0.5-1份、异丙醇胺0.5-1份和去离子水55-80份。
更进一步,金刚砂线硅片切割液按重量份数计包括以下各组分优选为:异己二醇10份、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇3份、surfynol4650.5份、丙二醇嵌段聚醚p6515份、dehyponlt1040.5份、异壬酸1份、异丙醇胺1份和去离子水69份。
其中,异己二醇有非常低的表面张力(28.5mn/m),能显著改善产品的润湿性能,使其他组分迅速渗入硅片表面,锐化金刚砂线。2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇具有优良的润湿性、消泡性,能快速渗入硅片表面,在金刚砂线和硅片之间形成一道分子膜,显著提高切削速度。surfynol465具有独特的双分子基结构,适用于水性系统的抑泡润湿剂,大大提高本发明体系对各种硅片和金刚砂线的动态润湿能力,静态和动态表面张力低(0.1%质量浓度的surfynol465在水中(25℃)动态表面张力为44.3mn/m,静态表面张力为41.9mn/m),促进流动流平,减少硅粉对硅片的划伤。并提高体系相容性,降低体系粘度,,快速带走切割过程中产生的硅粉,是硅粉和切割液快速固液分离,保证体系的性能长时间不波动。丙二醇嵌段聚醚p65具有优良的润滑性,提供硅片切割必要的润滑,因其丙二醇嵌段聚合结构,同一粘度级别的聚醚p65比矿物润滑油具有更小的摩擦系数。基于聚醚的极性和低的粘压系数,在硅片切割润滑状态下能形成非常稳定的具有大吸附力和承载能力的润滑膜,具有较低的摩擦系数与较强的抗剪切能力,又不会因为太滑使金刚砂线打滑,划伤硅片。dehyponlt104在切割过程中,因其丁基封端的结构特性,在快速切割过程中的稳定性远远由于传统的eo-po嵌段表面活性剂,长时间消除体系的泡沫,补充平衡体系的润滑性,消除泡沫空腔对硅片的划伤。异壬酸和异丙醇胺组合使用,不仅提供一定的润滑效果,还具有优良的防锈功能,保护金刚砂线和切割机台免于生锈。
本发明还提供了一种上述金刚砂线硅片切割液的制备方法:将2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、surfynol465、丙二醇嵌段聚醚p65、dehyponlt104加入到异己二醇中充分搅拌均匀得到a组分,将异壬酸、异丙醇胺和去离子水加入到搅拌罐搅拌均匀得到b组分,然后将a组分缓慢加入到b组分中,得到半透明乳液,即得到金刚砂线硅片切割液。
本发明的有益效果在于:本发明的金刚砂线硅片切割液,在具有优异的润滑、冷却等作用,切片良率高,硅片损伤少,金刚砂线使用寿命长,通过配方中通过各原料的有机结合,硅片切割速度快,硅片良率高,硅片表面硅粉残留少,金刚砂线磨损小。且该金刚砂线硅片切割液制备方法工艺简单、条件易控、成本低廉、对设备要求低,适于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
一种金刚砂线硅片切割液,按重量份数计算为以下各组分:异己二醇10份、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇3份、surfynol4650.5份、丙二醇嵌段聚醚p6515份、dehyponlt1040.5份、异壬酸1份、异丙醇胺1份和去离子水69份。
本实施例中的金刚砂线硅片切割液的制备方法为:
将2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、surfynol465、丙二醇嵌段聚醚p65、dehyponlt104加入到异己二醇中充分搅拌均匀得到a组分,将异壬酸、异丙醇胺和去离子水加入到搅拌罐搅拌均匀得到b组分,然后将a组分缓慢加入到b组分中,得到半透明乳液,即得到金刚砂线硅片切割液。
实施例2
一种金刚砂线硅片切割液,按重量份数计算为以下各组分:
异己二醇8份、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇2份、surfynol4650.1份、丙二醇嵌段聚醚p6520份、dehyponlt1041份、异壬酸0.5份、异丙醇胺0.5份和去离子水67.9份。
本实施例中的金刚砂线硅片切割液的制备方法为:
将2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、surfynol465、丙二醇嵌段聚醚p65、dehyponlt104加入到异己二醇中充分搅拌均匀得到a组分,将异壬酸、异丙醇胺和去离子水加入到搅拌罐搅拌均匀得到b组分,然后将a组分缓慢加入到b组分中,得到半透明乳液,即得到金刚砂线硅片切割液。
实施例3
异己二醇15份、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇5份、surfynol4650.5份、丙二醇嵌段聚醚p6510份、dehyponlt1040.5份、异壬酸0.8份、异丙醇胺0.8份和去离子水67.4份。
本实施例中的金刚砂线硅片切割液的制备方法为:
将2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、surfynol465、丙二醇嵌段聚醚p65、dehyponlt104加入到异己二醇中充分搅拌均匀得到a组分,将异壬酸、异丙醇胺和去离子水加入到搅拌罐搅拌均匀得到b组分,然后将a组分缓慢加入到b组分中,得到半透明乳液,即得到金刚砂线硅片切割液。
分别将上述各实施例的切割液用去离子水稀释400倍后,对同样规格的硅棒进行金刚石砂线切割,同时美国进口udml200c太阳能硅片切割液(标记a)同样用去离子水稀释400倍后,对同样规格的硅棒进行金刚石砂线切割,并采用辽宁奥克化学股份有限公司生产的砂浆悬浮切割液(标记b)对同样规格的硅棒采用传统砂浆悬浮切割。相关实验结果如表1所示:
表1、本发明实施例及对比例切割数据测试表
通过表1得出,各方面本发明实施例都要优于传统砂浆悬浮切割液,各性能指标与进口金刚砂线切割液相当。
最后需要说明的是,上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下,可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。