一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂及其应用，该添加剂包括如下组分：季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。应用上述添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤：1）将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂；2）将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液；3）将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到酸性制绒液中进行制绒，即可。本发明可使制绒后金刚线切割多晶硅片的反射率比常规制绒工艺制绒后金刚线切割多晶硅片的反射率低6%左右，使制绒后砂浆切割多晶硅片的反射率比常规制绒工艺后砂浆切割多晶硅片的反射率低3～5%左右。
【专利说明】—种多晶硅片酸性制绒液的添加剂及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂及其应用，具体涉及一种可同时应用于砂浆切割以及金刚线切割的多晶硅片酸性制绒的添加剂及应用该添加剂进行酸制绒的方法。
【背景技术】
[0002]目前在光伏领域所用晶体硅片的切割主要以采用砂浆多线切割技术，但是该技术存在切割工艺效率低下、切割加工成本高、切割后废砂浆的排放污染大等问题。相比之下，固体磨料金刚石线锯切割(简称金刚线切割)技术因具有切割效率高、切割加工成本低和环境清洁等优点，受到了越来越多的关注，有望成为晶体硅等硬脆材料切片技术的未来发展方向。
[0003]砂浆多线切割是利用一根根很长的表面镀铜镍的不锈钢丝环绕在驱动轮和张紧轮上，在高速运转驱动轮的带动下进行高速切割的切割技术。在切割过程中，切割线并不进行切削加工，其主要作用是将以聚乙二醇和碳化硅微粉为主体的磨削浆料高速带入切割区域并对磨料施加载荷，最终由磨料对硅材料进行磨削切割。金刚石线锯通常是以电镀或树脂固定的方法将金刚石颗粒固着在不锈钢丝表层的镍基合金层中制成的。在切割过程中，金刚石线锯高速运转，以一定的压力对硅材料直接进行磨削切割。与砂浆多线锯的“三体加工”相比，金刚石线锯属于“二体加工”，其加工效率是砂浆多线锯的数倍，且在切割加工硅片时无需添加碳化硅微粉等研磨浆料，能大幅度降低硅片的加工成本且对环境污染小。
[0004]由于金刚线切割的切割原理与砂浆多线切割的切割原理不同，所以两种切割工艺得到的硅片表面的形貌存在很大差异。砂浆多线切割的硅片表面主要以脆性破碎断裂形成的形貌为主，硅片表面存在很多`微小的不规则凹坑(如图1所示)。而金刚线切割的硅片表面除存在脆性破碎断裂形成的不规则凹坑外，还存在大量由塑性磨削切割形成的光滑切割纹，所以最终金刚线切割的硅片表面呈现出脆性和塑性的混合形貌(如图2所示)。
[0005]在太阳能电池生产过程中，硅片表面织构化(制绒)在降低表面反射率方面起着重要作用，也是提高太阳能电池光电转化效率的有效手段之一。目前多晶硅片的制绒工艺多采用HF-HNO3-H2O体系的酸性溶液的湿化学腐蚀工艺，该酸性溶液利用的是对硅片表面的各种缺陷进行各向同性腐蚀，从而降低硅片表面反射率。砂浆多线切割硅片表面主要为不规则凹坑，缺陷分布均匀性好，故通过HF-HNO3-H2O体系的制绒工艺可以得到整面腐蚀均匀的绒面(如图3所示)。但金刚线切割硅片表面为不规则凹坑和光滑切割纹组成的混合形貌，表面缺陷分布不均匀，故通过常规的HF-HNO3-H2O体系的制绒工艺无法得到整面腐蚀均匀的绒面(如图4所示)。
[0006]申请号为201110112185.1的中国专利公布了一种金刚线切割硅片的制绒方法。该专利在HF-HNO3体系中加入H2SO4或H3PO4,通过H2SO4或H3PO4的催化和缓冲作用来控制反应速率，从而降低制绒后硅片的表面反射率，但是该专利需加入大量H2S04*H3P04来达到降低反射率的目标，制绒成本较高，而且该专利的制绒体系为富HF体系，制绒后硅片表面易出现由深腐蚀坑形成的暗纹，会对太阳能电池的光电转化效率产生不利影响。申请号为201010540761.8和201110212876.9的中国专利分别公开了两种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，其中申请号为201010540761.8的专利所述的添加剂成分为H2S04、H3PO4和H2O,申请号为201110212876.9的专利所述的添加剂成分为聚乙烯吡咯烷酮、三乙醇胺和水。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时应用于砂浆切割以及金刚线切割的多晶硅片酸性制绒的添加剂及应用该添加剂进行酸制绒的方法。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。
[0009]其中，所述季戊四醇的重量百分含量为0.5~2%，所述无水醋酸钠的重量百分比为0.5~2%,所述聚乙二醇的重量百分含量为0.5~2%,所述去尚子水的重量百分含量为94 ~98.5%ο
[0010]本发明的有益效果是:本发明的添加剂无毒性、无腐蚀性，配制和使用工艺简单，具有很好的实际应用价值。
[0011]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0012]进一步，所述聚乙二醇的分子量为200~5000，优选为400~1000。
[0013]进一步，所述聚乙二醇为分子量200的聚乙二醇、分子量300的聚乙二醇、分子量400的聚乙二醇、分子量 600的聚乙二醇、分子量1000的聚乙二醇、分子量1500的聚乙二醇、分子量2000的聚乙二醇、分子量4000的聚乙二醇或分子量5000的聚乙二醇中的任意一种。优选为分子量400的聚乙二醇、分子量600的聚乙二醇或分子量1000的聚乙二醇中的任意一种。
[0014]本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下:一种应用上述添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤:
[0015]I)将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂，其中，
[0016]所述所述季戊四醇的重量百分含量为0.5~2%，所述无水醋酸钠的重量百分比为0.5~2%,所述聚乙二醇的重量百分含量为0.5~2%,所述去尚子水的重量百分含量为94 ~98.5% ；
[0017]2)将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中，
[0018]所述氢氟酸的重量百分含量为5~10%,所述硝酸的重量百分含量为35~50%,添加剂的重量百分含量为0.2~1%,所述去尚子水的重量百分含量为39~59.8% ；
[0019]3)将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，即可。
[0020]进一步，在步骤3)中，所述进行制绒的工艺条件如下:制绒过程的制绒温度为5~25°C，优选为5~10°C ;制绒时间为60~200秒，优选为100~150秒。
[0021]本发明通过将该添加剂应用于砂浆切割以及金刚线切割多晶硅片的酸制绒工艺，可使制绒后金刚线切割多晶硅片的反射率比常规制绒工艺制绒后金刚线切割多晶硅片的反射率低6%左右，使制绒后砂浆切割多晶硅片的反射率比常规制绒工艺后砂浆切割多晶硅片的反射率低3~5%左右。
[0022]本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下:一种上述多晶硅片酸性制绒液的添加剂的应用，所述添加剂可同时应用于砂浆切割以及金刚线切割。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为砂浆多线切割多晶硅片的扫描电子显微镜图片；
[0024]图2为金刚线切割多晶硅片的扫描电子显微镜图片；
[0025]图3为砂浆多线切割多晶硅片常规制绒后的扫描电子显微镜图片；
[0026]图4为砂浆多晶切割多晶硅片添加剂制绒后的扫描电子显微镜图片；
[0027]图5为金刚线切割多晶硅片常规制绒后的扫描电子显微镜图片；
[0028]图6为金刚线切割多晶硅片用本发明具体实施例2的添加剂制绒后的扫描电子显微镜图片。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0030]实施例1
[0031]一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。
[0032]其中，所述季戊四醇的重量百分含量为0.5%，所述无水醋酸钠的重量百分比为
.0.5%,所述聚乙二醇的重量百分含量为0.5%,余量为去尚子水。
[0033]所述聚乙二醇为分子量200的聚乙二醇。
[0034]一种应用上述的添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤:
[0035]1)配制添加剂:将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂；
[0036]2)配制酸性制绒液:将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中，
[0037]所述氢氟酸的重量百分含量为5%，所述硝酸的重量百分含量为35%，添加剂的重量百分含量为0.2%,余量为去尚子水；
[0038]3)制绒:将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，制绒过程的制绒温度为25°C，制绒时间为60秒，即可。
[0039]实施例2
[0040]一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。
[0041]其中，所述季戊四醇的重量百分含量为2%，所述无水醋酸钠的重量百分比为2%，所述聚乙二醇的重量百分含量为2%,余量为去尚子水。
[0042]所述聚乙二醇为分子量400的聚乙二醇。
[0043]一种应用上述的添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤:
[0044]1)配制添加剂:将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂；
[0045]2)配制酸性制绒液:将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中，
[0046]所述氢氟酸的重量百分含量为10%，所述硝酸的重量百分含量为50%，添加剂的重量百分含量为1%，余量为去离子水；
[0047]3)制绒:将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，制绒过程的制绒温度为5°C，制绒时间为200秒，即可。
[0048]实施例3
[0049]一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。
[0050]其中，所述季戊四醇的重量百分含量为1%，所述无水醋酸钠的重量百分比为1%，所述聚乙二醇的重量百分含量为1%，余量为去离子水。
[0051]所述聚乙二醇为分子量1000的聚乙二醇。
[0052]一种应用上述的添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤:
[0053]I)配制添加剂:将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂；
[0054]2)配制酸性制绒液:将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中，
[0055]所述氢氟酸的重量百分含量为6%，所述硝酸的重量百分含量为40%，添加剂的重量百分含量为0.5%,余量为去尚子水；
[0056]3)制绒:将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，制绒过程的制绒温度为10°c，制绒时间为100秒，即可。
[0057]实施例4
[0058]一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。
[0059]其中，所述季戊四醇的重量百分含量为1.5%，所述无水醋酸钠的重量百分比为
1.5%,所述聚乙二醇的重量百分含量为1.5%,余量为去尚子水。
[0060]所述聚乙二醇为分子量1500的聚乙二醇。
[0061]一种应用上述的添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤:
[0062]I)配制添加剂:将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂；
[0063]2)配制酸性制绒液:将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中，
[0064]所述氢氟酸的重量百分含量为8%，所述硝酸的重量百分含量为45%，添加剂的重量百分含量为0.8%,余量为去尚子水；
[0065]3)制绒:将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，制绒过程的制绒温度为15°C，制绒时间为150秒，即可。
[0066]实施例5
[0067]一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂， 包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水。
[0068]其中，所述季戊四醇的重量百分含量为1.8%，所述无水醋酸钠的重量百分比为1.8%,所述聚乙二醇的重量百分含量为1.8%,余量为去尚子水。
[0069]所述聚乙二醇为分子量5000的聚乙二醇。
[0070]一种应用上述的添加剂进行酸制绒的方法，包括以下步骤:
[0071]I)配制添加剂:将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂；
[0072]2)配制酸性制绒液:将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中，
[0073]所述氢氟酸的重量百分含量为9%，所述硝酸的重量百分含量为42%，添加剂的重量百分含量为0.9%,余量为去尚子水；
[0074]3)制绒:将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，制绒过程的制绒温度为20°C，制绒时间为120秒，即可。
[0075]以下通过两个具体的实施例以对本发明进行具体的说明。
[0076]具体实施例1
[0077]具体实施例1提供一个对比例，为不应用本发明添加剂的常规制绒方法:
[0078]采用如下步骤:`
[0079]I)配制酸性制绒液:在搅拌作用下，将2L浓度为40%的氢氟酸、8L浓度为65~68%的硝酸和5L去离子水混合均匀；
[0080]2)制绒:将砂浆切割多晶硅片浸入上述酸性制绒液中进行制绒，制绒温度为7V,制绒时间为80s。将金刚线切割多晶硅片浸入上述酸性制绒液中进行制绒，制绒温度为7°C，制绒时间为90s。
[0081]制绒后砂浆切割多晶硅片的表面反射率为24.0%，制绒后的金刚线切割多晶硅片表面反射率为27.0%。图3给出了得到的砂浆切割多晶硅片表面绒面的扫描电子显微镜图片，图5给出了得到的金刚线切割多晶硅片表面绒面的扫描电子显微镜图片，从图片中可知得到了尺寸大小不均、分布不均的绒面。
[0082]具体实施例2
[0083]具体实施例2为应用本发明添加剂的制绒方法，采用如下步骤:
[0084]I)配制添加剂:在搅拌作用下，将0.5g季戊四醇，1.0g无水醋酸钠和1.5g聚乙二醇(分子量400)溶解于97g去离子水中(即:在配好的添加剂中，所述季戊四醇的重量百分含量为0.5%，所述无水醋酸钠的重量百分含量为1%，所述聚乙二醇的重量百分含量为
1.5%)；
[0085]2)配制酸性制绒液:在搅拌作用下，将2L浓度为40%的氢氟酸、8L浓度为65~68%的硝酸和5L去离子水混合均匀，而后加入75mL上述的添加剂，搅拌均匀(即:在配好的酸性制绒液中，所述氢氟酸的重量百分含量为5%，所述硝酸的重量百分含量为40%，所述添加剂的重量百分含量为0.4%)；
[0086]3)制绒:
[0087]将砂浆切割多晶硅片浸入上述酸性制绒液中进行制绒，制绒温度为TC，制绒时间为100秒。[0088]将金刚线切割多晶硅片浸入上述酸性制绒液中进行制绒，制绒温度为TC，制绒时间为120秒。
[0089]制绒后的砂浆切割多晶硅片表面反射率为19.5%，制绒后的金刚线切割多晶硅片表面反射率为20.5%。图4给出了得到的砂浆切割多晶硅片表面绒面的扫描电子显微镜图片，图6给出了得到的金刚线切割多晶硅片表面绒面的扫描电子显微镜图片，从图中可知应用本发明添加剂对硅片制绒后得到的绒面尺寸大小及分布均比常规制绒更佳。 [0090]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多晶硅片酸性制绒液的添加剂，其特征在于，包括如下组分:季戊四醇，无水醋酸钠、聚乙二醇和去离子水； 其中，所述季戊四醇的重量百分含量为0.5~2%，所述无水醋酸钠的重量百分比为0.5~2%,所述聚乙二醇的重量百分含量为0.5~2%,所述去尚子水的重量百分含量为94 ~98.5%ο
2.根据权利要求1所述的多晶硅片酸性制绒液的添加剂，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为200~5000。
3.根据权利要求2所述的多晶硅片酸性制绒液的添加剂，其特征在于，所述聚乙二醇为分子量200的聚乙二醇、分子量300的聚乙二醇、分子量400的聚乙二醇、分子量600的聚乙二醇、分子量1000的聚乙二醇、分子量1500的聚乙二醇、分子量2000的聚乙二醇、分子量4000的聚乙二醇或分子量5000的聚乙二醇中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的多晶硅片酸性制绒液的添加剂，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为400~1000。
5.根据权利要求4所述的多晶硅片酸性制绒液的添加剂，其特征在于，所述聚乙二醇为分子量400的聚乙二醇、分子量600的聚乙二醇或分子量1000的聚乙二醇中的任意一种。
6.一种应 用权利要求1至5任一项所述的添加剂进行酸制绒的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将季戊四醇，无水醋酸钠和聚乙二醇溶解于去离子水中，制得添加剂，其中， 所述所述季戊四醇的重量百分含量为0.5~2%，所述无水醋酸钠的重量百分比为0.5~2%,所述聚乙二醇的重量百分含量为0.5~2%,所述去尚子水的重量百分含量为94 ~98.5% ； 2)将氢氟酸和硝酸溶于去离子水中制得酸混合溶液，然后将步骤I)中制得的添加剂加入到所述酸混合溶液中，得到酸性制绒液，其中， 所述氢氟酸的重量百分含量为5~10%,所述硝酸的重量百分含量为35~50%,添加剂的重量百分含量为0.2~1%,所述去尚子水的重量百分含量为39~59.8% ； 3)将砂浆切割多晶硅片或金刚线切割多晶硅片浸入到步骤2)中制得的酸性制绒液中进行制绒，即可。
7.根据权利要求6所述的酸制绒的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述进行制绒的工艺条件如下:制绒过程的制绒温度为5~25°C，制绒时间为60~200秒。
8.根据权利要求7所述的酸制绒的方法，其特征在于，所述制绒过程的制绒温度为5~I (TC，制绒时间为100~150秒。
9.一种权利要求1至5任一项所述的多晶硅片酸性制绒液的添加剂的应用，其特征在于，所述添加剂可同时应用于砂浆切割以及金刚线切割。
【文档编号】C23F1/24GK103710705SQ201310717249
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】李春贤 申请人:北京合德丰材料科技有限公司