一种单晶硅片的制绒方法与流程

本发明涉及单晶硅片的制备领域，具体涉及一种单晶硅片的制绒方法。

背景技术：

太阳能是一种典型的清洁能源，不但储量巨大，而且可以再生。目前我国正处在结构转型、产业升级的关键时期，在建设“美丽中国”目标的指引下，能源、环境、生态问题越来越受到重视，因此太阳能的利用在我国拥有广阔的发展空间。众所周日，太阳能以辐射的形式到达地球，其中大部分能量难以被直接利用，而必须依靠一定的转化“媒介”转化为其他形式的能量。单晶硅的禁带宽度为1.1ev，在理论上可以实现太阳光的全谱吸收，但光滑硅片表面的反射率较高，使大部分太阳能被浪费，因此，降低硅片表面的太阳光反射率，提高入射太阳光的利用效率，是一个值得研究的课题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使单晶硅表面对太阳光反射率低、吸收效果好的单晶硅表面处理的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种单晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：

(1)清洁单晶硅片的表面；

(2)向反应器中加入去离子水，并进行加热，再依次加入氢氧化钠、制绒添加剂、表面活性剂混合搅拌均匀，将硅片放入反应器中进行反应，待反应结束后将硅片取出，进行清洗、干燥即可。

进一步地，步骤(1)中：单晶硅表面的清洁为：将单晶硅放入乙醇溶液中超声清洗8－12min，再将单晶硅放入去离子水中超声清洗8－12min。将单晶硅放入乙醇溶液中超声清洗完毕后，用去离子水进行冲洗，再放入去离子水中进行超声清洗。

进一步地，步骤(2)中，所述制绒添加剂为山梨醇、抗坏血酸、苯甲酸钠和无水乙醇。制绒添加剂是指在单晶硅太阳能电池的制绒工艺过程中，添加有利于反应结果和产品性能的化学助剂。

硅片制绒生产过程中，溶液失效是生产工艺波动的根本原因，失效的原因在于反应过程中氢氧化钠的不断消耗和na2sio3的不断生成，导致反应物－oh浓度降低，且硅片表面无法与其获得足够的接触速率，而且由于反应在高温80－90℃左右进行，往往会发生剧烈反应产生大量的气泡，使所得的绒面并不理想。制绒添加剂含有特殊功能的表面活性剂，它的加入可以改善制绒液与硅片表面的湿润性，且制绒添加剂对腐蚀液中oh－离子从腐蚀液向反应界面的输运过程具有缓冲作用，使得大批量腐蚀加工单晶硅金字塔绒面时，溶液中naoh含量具有较宽的工艺范围，有利于提高产品工艺加工质量的稳定性。

进一步地，步骤(2)中，所述表面活性剂为pvp和sds的混合物。表面活性剂的加入能减小制绒液的表面张力，提高硅片的湿润性，氢气泡更容易从硅片表面脱附，表面活性剂的浓度越高、气泡越细密，消泡效果就越好，但表面活性剂的加入会降低反应的速率，浓度过高时甚至会抑制反应的进行。

进一步地，步骤(2)中，待去离子水的加热温度达到80℃时，再依次加入氢氧化钠、制绒添加剂、表面活性剂。

在硅片表面进行腐蚀的作用，实质是各种分子和离子的吸附与解吸附过程，反应的原料需要及时补充而反应的副产物需要及时被输运，这些运动的过程需要稳定且充足的能力供应，这也正是常温下硅片的腐蚀过程很难进行的原因。温度对制绒的效果影响非常重要，温度过低反应的速度较慢，制绒过程中会产生比较多的空隙，均匀程度较差，进而造成反射率较高；若温度过高，反应速率也随之加快，由于腐蚀过程变得剧烈，产生的气泡也增多，也会提高其反射率，此外，由于反应速度过快导致硅片表面之前形成的金字塔结构被再次腐蚀，使其结构不完整，这种现象也会使反射率升高。

进一步地，步骤(2)中，将氢氧化钠加入去离子水中，所得氢氧化钠的质量分数为1.4％－1.6％。

氢氧化钠提供氢氧根离子是反应物之一，而溶液中的氢氧根离子只有达到一定的浓度才能保证有足够大的几率吸附在硅片表面，参与金字塔的腐蚀过程，氢氧根离子浓度较低，反应也相对较慢，导致金字塔的尺寸过小，导致氢氧根离子聚集在塔尖处，没有足够的浓度向底部扩散，进而导致之前形成的塔尖继续被腐蚀成塌陷状。

进一步地，步骤(2)中，将硅片放入反应器中，反应16－18min后取出硅片。

进一步地，步骤(2)中，所述清洗、干燥为：依次用无水乙醇和去离子水清洗硅片，再在25－35℃的温度下干燥即可。

进一步地，所述表面活性剂pvp和sds的重量比为1：2。pvp是一种带碳环的聚合物，当溶液中pvp的量增加时发生相互聚合，因而对于反应速率的影响相对稳定，pvp的消泡效果比较好，而sds是一种带有硫酸基团的碳长链结构，累加效应较为明显，但其消泡效果比较差，因此对于反应速率的影响与浓度的关系更密切。

本发明的有益效果为：本发明所述一种单晶硅片的制绒方法操作简单，在制绒液中加入了表面活性剂pvp和sds两者相互作用，达到一种反射率比较低，消泡效果较好的制绒效果；此外，本发明所使用的原料均为无毒、无污染原料，对人体和环境无危害，适合大型生产。

附图说明

图1是实施例三所述单晶硅片的制绒方法的制绒效果与对比例一制绒方法的制绒效果的对比结果图；

图2是实施例四所述单晶硅片的制绒方法的制绒效果与对比例二制绒方法的制绒效果的对比结果图；

图3是实施例五所述单晶硅片的制绒方法的制绒效果与对比例三制绒方法的制绒效果的对比结果图。

具体实施方式

实施例一

一种单晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：

(1)清洁单晶硅片的表面；

(2)向反应器中加入去离子水，并进行加热，再依次加入氢氧化钠、制绒添加剂、表面活性剂混合搅拌均匀，将硅片放入反应器中进行反应，待反应结束后将硅片取出，进行清洗、干燥即可。

实施例二

一种单晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅片放入乙醇溶液中超声清洗8min，再将单晶硅放入去离子水中超声清洗8min；

(2)向反应器中加入去离子水，并进行加热，再依次加入氢氧化钠、山梨醇、抗坏血酸、苯甲酸钠、无水乙醇和pvp与sds的混合物并混合搅拌均匀，将硅片放入反应器中进行反应，待反应结束后将硅片取出，进行清洗、干燥即可。

实施例三

一种单晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅片放入乙醇溶液中超声清洗10min，再将单晶硅放入去离子水中超声清洗10min；

(2)向反应器中加入去离子水，待去离子水的温度达到80℃时，再依次加入氢氧化钠(向去离子水中加入氢氧化钠后，得到的氢氧化钠溶液的质量分数为1.4％)、山梨醇、抗坏血酸、苯甲酸钠、无水乙醇和pvp与sds(表面活性剂pvp与sds的重量比为1：2)的混合物并混合搅拌均匀，将硅片放入反应器中进行反应17min后，将硅片取出，用无水乙醇和去离子水清洗硅片，再在25℃的温度下干燥即可。

实施例四

一种单晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅片放入乙醇溶液中超声清洗12min，再将单晶硅放入去离子水中超声清洗12min；

(2)向反应器中加入去离子水，待去离子水的温度达到80℃时，再依次加入氢氧化钠(向去离子水中加入氢氧化钠后，得到的氢氧化钠溶液的质量分数为1.6％)山梨醇、抗坏血酸、苯甲酸钠、无水乙醇和pvp与sds的混合物(表面活性剂pvp与sds的重量比为1：2)并混合搅拌均匀，将硅片放入反应器中反应18min后，将硅片取出，用无水乙醇和去离子水清洗硅片，再在30℃的温度下干燥即可。

实施例五

一种单晶硅片的制绒方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅片放入乙醇溶液中超声清洗12min，再将单晶硅放入去离子水中超声清洗12min；

(2)向反应器中加入去离子水，待去离子水的温度达到80℃时，再依次加入氢氧化钠(向去离子水中加入氢氧化钠后，得到的氢氧化钠溶液的质量分数为1.5％)山梨醇、抗坏血酸、苯甲酸钠、无水乙醇和pvp与sds的混合物(表面活性剂pvp与sds的重量比为1：2)并混合搅拌均匀，将硅片放入反应器中反应16min后，将硅片取出，用无水乙醇和去离子水清洗硅片，再在35℃的温度下干燥即可。

实施例三所述单晶硅片的制绒方法的制绒效果与对比例一制绒方法的制绒效果的对比结果如图1所示；(对比例一的制绒方法与实施例三的制绒方法，除反应时间不同，其余均相同)

从图1可以看出，在相同条件下，当反应时间为17min时，得到的制绒效果最好，即太阳光的反射率最低；当反应时间较短时，即制绒时间为14min时，其太阳光的反射率高于反应时间为17min时太阳光的反射率；因在腐蚀过程中，氢氧根首先与处于高表面活性位置的硅原子进行反应，而表面活性较底的区域在反应初期不易形成金字塔，所以当反应时间不够长时，制绒过程中形成的金字塔的表面不够完整，其太阳光的反射率比较高；

当反应时间比较长时，即硅片表面的腐蚀继续延长，这样在制绒过程中形成的金字塔的尺寸会逐渐变大，前期形成的均匀、尺寸较小的金字塔会被继续腐蚀、削平，向着融合成为大金字塔的趋势发展，而导致制绒产品的太阳光反射率上升。

实施例四所述单晶硅片的制绒方法的制绒效果与对比例二制绒方法的制绒效果的对比结果如图2所示；(对比例二的制绒方法与实施例四的制绒方法，除反应温度不同，其余均相同)

从图2中可以看到，当反应温度为78℃时，由于反应温度较低，反应速度较慢，在制绒过程中金字塔在反应结束时还未完全成型，存在比较多的孔隙，均匀程度较差，造成反射率较高；当反应温度为80℃时，由于温度升高分子热运动加剧，反应速度也随之加快，金字塔形貌变得均匀，孔隙逐渐消失，进而反射率也降低，当温度高于80℃时，由于腐蚀过程变得更加剧烈，产生的气泡也增多，导致金字塔尺寸变大，而太阳光照在大尺寸的金字塔上光折射的次数会减少，导致折射率提高，此外，由于温度过高，反应速度过快，导致之前形成的金字塔结构被再次腐蚀，使其结构不完整进一步导致了反射率的升高；即在同等条件下，反应温度为80℃时，所得到的制绒效果最好，太阳光的反射率最低。

实施例五所述单晶硅片的制绒方法的制绒效果与对比例三制绒方法的制绒效果的对比结果如图3所示；(对比例三的制绒方法与实施例五的制绒方法，除表面活化剂pvp和sds的重量比不同，其余均相同)

从图3中可以看出，当表面活性剂sds与pvp的重量比为1：1时，反应速度比较快，气泡的产生速率比较快，导致大量的气泡附着在硅片表面阻碍反应的进一步进行，导致了制绒形成的金字塔虽然完整，但是尺寸大小不均匀，存在一些缝隙和未形成的小金字塔；当表面活性剂sds与pvp的重量比为2：1时，反应速度比较快，其消泡效果也比较理想，金字塔的尺寸和均匀程度得到显著的改善，缝隙也比较小；而当表面活性剂sds与pvp的重量比为1：2时，其消泡效果虽然好，但反应速度比较慢，金字塔的尺寸虽然也得到了改善，但由于金字塔还未腐蚀完全使其形貌不完整、棱角不分明，类似于团簇的半球状，导致其太阳光的反射率较高，即当表面活性剂表面活性剂sds与pvp的重量比为2：1时，其制绒效果最好，得到的制绒产品的太阳光的反射率最低。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其细节上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。