一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法与流程

本发明涉及多晶硅加工技术领域，更具体地说，涉及一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法。

背景技术：

光伏：是太阳能光伏发电系统的简称，是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。

太阳能光伏效应，简称光伏，又称为光生伏特效应，是指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。光伏被定义为射线能量的直接转换。在实际应用中通常指太阳能向电能的转换，即太阳能光伏。它的实现方式主要是通过利用硅等半导体材料所制成的太阳能电板，利用光照产生直流电，比如我们日常生活中随处可见的太阳能电池。

多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

近年来，多晶硅太阳能电池以其转换效率较高、性能稳定和成本适中的特点而得到越来越广泛的应用，其产量已超越单晶硅，占据了市场的主导地位。为了提高太阳能电池的光电转换效率，在制作时，需要先对硅片进行化学处理，使得硅表面做成一个具有一定形状的绒面，由于绒面的存在，物体表面的反射率就会大大降低，从而增加光的吸收。多晶硅片的制绒是通过化学反应在硅片表面进行各向同性腐蚀，形成密集的凹坑状表面结构，增加了光在硅片表面的反射次数，最大限度的减少光的反射率，增加光的吸收，提高短路电流(isc)，进而提高光电转换效率。

在多晶硅太阳电池制造过程中，硅片表面制绒是关键的环节。制绒的效果直接影响了最终电池片的转换效率。由于多晶硅片由不同晶向的晶粒组成，多用酸性溶液来制绒，但是制绒过程中产生气体会形成气泡，然后随着表面气泡的积聚形成大气泡，导致绒面尺寸较大且均匀性不佳，不同晶粒之间色差比较明显，表面反射率较高，制绒稳定性不好。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法，可以通过改变传统的酸溶制绒方式，通过贴覆消泡囊来形成隔离环境充分制绒，避免酸性成分挥发，并且在制绒过程中通过微量吸收的方式，同步发生化学反应，从而生成气体引起消泡囊的扰动，一方面利用扰动加速多晶硅表面气泡的破裂，不易出现积聚现象，同时利用产生的气体同时形成气泡的不稳定性来引起其余气泡的共振破裂，从而显著提高消泡结果，另一方面利用消泡囊扰动过程中对酸溶液的挤压，从而提高其对多晶硅的腐蚀效果，与现有技术相比，本发明可以有效控制绒面尺寸和均匀性，从而间接提高光伏电池片的效率。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅片表面进行水洗清理并烘干预热至20℃，然后滴加酸溶液至覆盖多晶硅片的表面；

s2、立即将消泡囊覆盖至多晶硅片表面对酸溶液进行挤压，并保证酸溶液不会从边缘处泄漏；

s3、对多晶硅片进行水浴加热，升温至30-50℃之间并保持恒温，制绒时间为50-70s；

s4、制绒过程中消泡囊实时对产生的气泡进行干预破裂，避免气泡聚集形成大气泡；

s5、制绒结束后水洗2-5遍冲刷走残留的酸溶液，然后烘干包装。

进一步的，所述步骤s1中的酸溶液采用质量分数为40-55％的硝酸、30-45％的氢氟酸以及余量纯水混合制成。

进一步的，所述步骤s2中的消泡囊包括顶板、扰动双层膜、多个控位杆和多个扰动球，所述扰动双层膜连接于顶板下端形成空心囊状结构，所述扰动球均匀连接于扰动双层膜内表面上，所述控位杆连接于顶板和扰动球之间，通过扰动球吸收微量酸溶液后产生气体，从而引起扰动双层膜对酸溶液的扰动实现良好的消泡效果，并利用控位杆对扰动球的定位效果来间接提高制绒的均匀性。

进一步的，所述扰动双层膜包括内膜、外膜以及多个密封套，所述内膜连接于外膜的内侧，所述密封套均匀镶嵌于内膜和外膜之间，且密封套仅与内膜连接，所述外膜上开设有多个与密封套相对应的透气孔，所述扰动球镶嵌于内膜上并与内膜和外膜形成的空间相连通，正常状态下在自身重力作用以及扰动球的挤压作用下，密封套可以对外膜上的透气孔进行封闭，在扰动球产生气体进入到内膜和外膜之间充气膨胀时，利用内膜和外膜之间的远离带动密封套脱离透气孔，然后气体释放出去，形成外膜和气体的双重扰动，效果更佳。

进一步的，所述扰动双层膜还包括有多根均匀分布的导水纤维，且导水纤维镶嵌连接于内膜和外膜上，所述导水纤维两端分别延伸至扰动球内侧和外膜的外侧，导水纤维一方面可以输送微量的酸溶液至扰动球处，供扰动球吸收产生气体，另一方面在外膜扰动时可以通过导水纤维来提升消泡效果，并且可以伸入已经形成的孔隙中进行扰动。

进一步的，所述控位杆包括依次连接的磁铁端、延长杆和拉绳端，所述磁铁端与顶板连接，所述拉绳端与扰动球连接，利用磁铁端对扰动球的排斥作用，一方面提高对密封套的按压效果，另一方面排斥力相对不稳定，可以提高扰动球在动作时的扰动性，延长杆起到连接作用和延长作用，避免排斥力过大导致气体释放失败，拉绳端允许扰动球进行轻微的动作，将幅度控制为频率的加快。

进一步的，所述磁铁端与扰动球保持磁性排斥作用，所述延长杆采用硬质材料制成，所述拉绳端采用柔性材料制成。

进一步的，所述扰动球包括外导热套、磁性半球和空心半球，所述磁性半球和空心半球对称连接，且磁性半球和空心半球均镶嵌连接于外导热套内侧并构成球体，所述磁性半球与控位杆连接，所述空心半球远离磁性半球一端开设有气口，外导热套起到减重和导热的作用，磁性半球则用来与磁铁端进行配合，空心半球用来吸收酸溶液来产生气体触发消泡动作。

进一步的，所述外导热套采用轻质导热材料制成，所述空心半球内填充有陶瓷颗粒和碳酸钙颗粒，且陶瓷颗粒和碳酸钙颗粒的混合质量比为5-10:1，碳酸钙颗粒在接触到酸溶液后会发生化学反应而产生二氧化碳气体，陶瓷颗粒一方面可以吸收二氧化碳的热量，另一方面可以提高扰动球的整体不稳定性，从而间接提高扰动效果，降温后的二氧化碳在释放至多晶硅表面形成气泡后被加热，然后快速受热膨胀破裂引起共振，从而加速其余气泡的破裂。

进一步的，所述顶板和扰动双层膜围成的空间内填充有导热油，且扰动球之间紧密接触，导热油既可以传导走扰动球上的热量，同时也可以减少扰动球动作时的摩擦阻力，方便其上浮迁移，并且液体的导热油具有一定的传动效果，可以将单个扰动球的扰动现象传递至其余各个扰动球上，从而提高整体的扰动消泡效果和均匀性。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以通过改变传统的酸溶制绒方式，通过贴覆消泡囊来形成隔离环境充分制绒，避免酸性成分挥发，并且在制绒过程中通过微量吸收的方式，同步发生化学反应，从而生成气体引起消泡囊的扰动，一方面利用扰动加速多晶硅表面气泡的破裂，不易出现积聚现象，同时利用产生的气体同时形成气泡的不稳定性来引起其余气泡的共振破裂，从而显著提高消泡结果，另一方面利用消泡囊扰动过程中对酸溶液的挤压，从而提高其对多晶硅的腐蚀效果，与现有技术相比，本发明可以有效控制绒面尺寸和均匀性，从而间接提高光伏电池片的效率。

(2)步骤s2中的消泡囊包括顶板、扰动双层膜、多个控位杆和多个扰动球，扰动双层膜连接于顶板下端形成空心囊状结构，扰动球均匀连接于扰动双层膜内表面上，控位杆连接于顶板和扰动球之间，通过扰动球吸收微量酸溶液后产生气体，从而引起扰动双层膜对酸溶液的扰动实现良好的消泡效果，并利用控位杆对扰动球的定位效果来间接提高制绒的均匀性。

(3)扰动双层膜包括内膜、外膜以及多个密封套，内膜连接于外膜的内侧，密封套均匀镶嵌于内膜和外膜之间，且密封套仅与内膜连接，外膜上开设有多个与密封套相对应的透气孔，扰动球镶嵌于内膜上并与内膜和外膜形成的空间相连通，正常状态下在自身重力作用以及扰动球的挤压作用下，密封套可以对外膜上的透气孔进行封闭，在扰动球产生气体进入到内膜和外膜之间充气膨胀时，利用内膜和外膜之间的远离带动密封套脱离透气孔，然后气体释放出去，形成外膜和气体的双重扰动，效果更佳。

(4)扰动双层膜还包括有多根均匀分布的导水纤维，且导水纤维镶嵌连接于内膜和外膜上，导水纤维两端分别延伸至扰动球内侧和外膜的外侧，导水纤维一方面可以输送微量的酸溶液至扰动球处，供扰动球吸收产生气体，另一方面在外膜扰动时可以通过导水纤维来提升消泡效果，并且可以伸入已经形成的孔隙中进行扰动。

(5)控位杆包括依次连接的磁铁端、延长杆和拉绳端，磁铁端与顶板连接，拉绳端与扰动球连接，利用磁铁端对扰动球的排斥作用，一方面提高对密封套的按压效果，另一方面排斥力相对不稳定，可以提高扰动球在动作时的扰动性，延长杆起到连接作用和延长作用，避免排斥力过大导致气体释放失败，拉绳端允许扰动球进行轻微的动作，将幅度控制为频率的加快。

(6)扰动球包括外导热套、磁性半球和空心半球，磁性半球和空心半球对称连接，且磁性半球和空心半球均镶嵌连接于外导热套内侧并构成球体，磁性半球与控位杆连接，空心半球远离磁性半球一端开设有气口，外导热套起到减重和导热的作用，磁性半球则用来与磁铁端进行配合，空心半球用来吸收酸溶液来产生气体触发消泡动作。

(7)外导热套采用轻质导热材料制成，空心半球内填充有陶瓷颗粒和碳酸钙颗粒，且陶瓷颗粒和碳酸钙颗粒的混合质量比为5-10:1，碳酸钙颗粒在接触到酸溶液后会发生化学反应而产生二氧化碳气体，陶瓷颗粒一方面可以吸收二氧化碳的热量，另一方面可以提高扰动球的整体不稳定性，从而间接提高扰动效果，降温后的二氧化碳在释放至多晶硅表面形成气泡后被加热，然后快速受热膨胀破裂引起共振，从而加速其余气泡的破裂。

(8)顶板和扰动双层膜围成的空间内填充有导热油，且扰动球之间紧密接触，导热油既可以传导走扰动球上的热量，同时也可以减少扰动球动作时的摩擦阻力，方便其上浮迁移，并且液体的导热油具有一定的传动效果，可以将单个扰动球的扰动现象传递至其余各个扰动球上，从而提高整体的扰动消泡效果和均匀性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明消泡囊的结构示意图；

图3为本发明扰动双层膜的结构示意图；

图4为本发明控位杆的结构示意图；

图5为本发明扰动球的结构示意图。

图中标号说明：

1顶板、2扰动双层膜、21内膜、22外膜、23密封套、24导水纤维、3控位杆、31磁铁端、32延长杆、33拉绳端、4扰动球、41外导热套、42磁性半球、43空心半球。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅片表面进行水洗清理并烘干预热至20℃，然后滴加酸溶液至覆盖多晶硅片的表面；

s2、立即将消泡囊覆盖至多晶硅片表面对酸溶液进行挤压，并保证酸溶液不会从边缘处泄漏；

s3、对多晶硅片进行水浴加热，升温至30℃之间并保持恒温，制绒时间为50s；

s4、制绒过程中消泡囊实时对产生的气泡进行干预破裂，避免气泡聚集形成大气泡；

s5、制绒结束后水洗2遍冲刷走残留的酸溶液，然后烘干包装。

步骤s1中的酸溶液采用质量分数为45％的硝酸、40％的氢氟酸以及余量纯水混合制成。

请参阅图2，步骤s2中的消泡囊包括顶板1、扰动双层膜2、多个控位杆3和多个扰动球4，扰动双层膜2连接于顶板1下端形成空心囊状结构，扰动球4均匀连接于扰动双层膜2内表面上，控位杆3连接于顶板1和扰动球4之间，通过扰动球4吸收微量酸溶液后产生气体，从而引起扰动双层膜2对酸溶液的扰动实现良好的消泡效果，并利用控位杆3对扰动球4的定位效果来间接提高制绒的均匀性。

请参阅图3，扰动双层膜2包括内膜21、外膜22以及多个密封套23，内膜21连接于外膜22的内侧，密封套23均匀镶嵌于内膜21和外膜22之间，且密封套23仅与内膜21连接，外膜22上开设有多个与密封套23相对应的透气孔，扰动球4镶嵌于内膜21上并与内膜21和外膜22形成的空间相连通，正常状态下在自身重力作用以及扰动球4的挤压作用下，密封套23可以对外膜22上的透气孔进行封闭，在扰动球4产生气体进入到内膜21和外膜22之间充气膨胀时，利用内膜21和外膜22之间的远离带动密封套23脱离透气孔，然后气体释放出去，形成外膜22和气体的双重扰动，效果更佳。

扰动双层膜2还包括有多根均匀分布的导水纤维24，且导水纤维24镶嵌连接于内膜21和外膜22上，导水纤维24两端分别延伸至扰动球4内侧和外膜22的外侧，导水纤维24一方面可以输送微量的酸溶液至扰动球4处，供扰动球4吸收产生气体，另一方面在外膜22扰动时可以通过导水纤维24来提升消泡效果，并且可以伸入已经形成的孔隙中进行扰动。

请参阅图4，控位杆3包括依次连接的磁铁端31、延长杆32和拉绳端33，磁铁端31与顶板1连接，拉绳端33与扰动球4连接，利用磁铁端31对扰动球4的排斥作用，一方面提高对密封套23的按压效果，另一方面排斥力相对不稳定，可以提高扰动球4在动作时的扰动性，延长杆32起到连接作用和延长作用，避免排斥力过大导致气体释放失败，拉绳端33允许扰动球4进行轻微的动作，将幅度控制为频率的加快。

磁铁端31与扰动球4保持磁性排斥作用，延长杆32采用硬质材料制成，拉绳端33采用柔性材料制成。

请参阅图5，扰动球4包括外导热套41、磁性半球42和空心半球43，磁性半球42和空心半球43对称连接，且磁性半球42和空心半球43均镶嵌连接于外导热套41内侧并构成球体，磁性半球42与控位杆3连接，空心半球43远离磁性半球42一端开设有气口，外导热套41起到减重和导热的作用，磁性半球42则用来与磁铁端31进行配合，空心半球43用来吸收酸溶液来产生气体触发消泡动作。

外导热套41采用轻质导热材料制成，空心半球43内填充有陶瓷颗粒和碳酸钙颗粒，且陶瓷颗粒和碳酸钙颗粒的混合质量比为5-10:1，碳酸钙颗粒在接触到酸溶液后会发生化学反应而产生二氧化碳气体，陶瓷颗粒一方面可以吸收二氧化碳的热量，另一方面可以提高扰动球4的整体不稳定性，从而间接提高扰动效果，降温后的二氧化碳在释放至多晶硅表面形成气泡后被加热，然后快速受热膨胀破裂引起共振，从而加速其余气泡的破裂。

顶板1和扰动双层膜2围成的空间内填充有导热油，且扰动球4之间紧密接触，导热油既可以传导走扰动球4上的热量，同时也可以减少扰动球4动作时的摩擦阻力，方便其上浮迁移，并且液体的导热油具有一定的传动效果，可以将单个扰动球4的扰动现象传递至其余各个扰动球4上，从而提高整体的扰动消泡效果和均匀性。

实施例2：

一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅片表面进行水洗清理并烘干预热至20℃，然后滴加酸溶液至覆盖多晶硅片的表面；

s2、立即将消泡囊覆盖至多晶硅片表面对酸溶液进行挤压，并保证酸溶液不会从边缘处泄漏；

s3、对多晶硅片进行水浴加热，升温至40℃之间并保持恒温，制绒时间为60s；

s4、制绒过程中消泡囊实时对产生的气泡进行干预破裂，避免气泡聚集形成大气泡；

s5、制绒结束后水洗3遍冲刷走残留的酸溶液，然后烘干包装。

步骤s1中的酸溶液采用质量分数为50％的硝酸、35％的氢氟酸以及余量纯水混合制成。

其余部分与实施例1保持一致。

实施例2：

一种光伏用多晶硅消泡式制绒方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅片表面进行水洗清理并烘干预热至20℃，然后滴加酸溶液至覆盖多晶硅片的表面；

s2、立即将消泡囊覆盖至多晶硅片表面对酸溶液进行挤压，并保证酸溶液不会从边缘处泄漏；

s3、对多晶硅片进行水浴加热，升温至50℃之间并保持恒温，制绒时间为70s；

s4、制绒过程中消泡囊实时对产生的气泡进行干预破裂，避免气泡聚集形成大气泡；

s5、制绒结束后水洗5遍冲刷走残留的酸溶液，然后烘干包装。

步骤s1中的酸溶液采用质量分数为55％的硝酸、30％的氢氟酸以及余量纯水混合制成。

其余部分与实施例1保持一致。

值得注意的是消泡囊采用的材料均为耐酸性材料，避免被酸溶液腐蚀。

本发明可以通过改变传统的酸溶制绒方式，通过贴覆消泡囊来形成隔离环境充分制绒，避免酸性成分挥发，并且在制绒过程中通过微量吸收的方式，同步发生化学反应，从而生成气体引起消泡囊的扰动，一方面利用扰动加速多晶硅表面气泡的破裂，不易出现积聚现象，同时利用产生的气体同时形成气泡的不稳定性来引起其余气泡的共振破裂，从而显著提高消泡结果，另一方面利用消泡囊扰动过程中对酸溶液的挤压，从而提高其对多晶硅的腐蚀效果，与现有技术相比，本发明可以有效控制绒面尺寸和均匀性，从而间接提高光伏电池片的效率。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。