表面活性剂及其制备方法、硅片清洗剂、硅片清洗方法与流程

本发明属于硅片加工，具体涉及一种表面活性剂及其制备方法、硅片清洗剂、硅片清洗方法。

背景技术：

1、太阳能级单/多晶硅片在金刚线切割和打磨过程中，表面会粘附油污、指纹、粉尘和金属离子等污垢，通常以原子、粒子或膜的形式，以化学或物理吸附的方式存在于硅片表面，各种各样的污垢会影响后续的制绒和扩散效果。同时，残留在硅片上的重金属离子会击穿硅片表面的薄层，使其产生晶格缺陷并影响太阳电池的光电转换效率。因此，对于高效太阳电池而言，硅片的表面清洁处理十分关键。

2、在硅片的清洗工艺中，清洗液发挥着关键作用。物理吸附的作用力主要来自于固体和被吸附分子间的范德华引力，其作用力弱，杂质结合松弛，容易清洗；而金属离子和有机类杂质会以化学键吸附于硅片表面，这类吸附杂质与硅片润湿紧密，在清洗过程中需要更大的解吸能。因此，优秀的清洗液，要求其具有很好的金属离子螯合/清洗作用，特别是针对易污染的铁、铜、镍等金属离子螯合作用；同时，又要求其具有优异的防止污垢沉积的作用。

3、为此，当前硅片清洗液一般包含表面活性剂、金属离子螯合剂、碱性试剂等组分，表面活性剂具有显著的润湿、乳化、分散等作用，碱性试剂可以进一步增强清洗能力，而金属离子螯合剂可以有效去除金属污染物。此外，清洗工序一般还要包含酸洗步骤，以此降低残留、避免白斑现象。然而，当前清洗液虽然取得了较好的清洗效果，但仍存在配方组分复杂、清洗底物普适性差、排放不达标以及有安全环保隐患等问题。

4、为了进一步提质增效，研究人员也开发了多类新型硅片清洗剂。如王禄宝等提出了包含表面活性剂、三羟乙基胺、丙二醇、氟化铵、柑橘油等多种成分的新型清洗剂，提高清洗速度及耐用性；卞梁等以氨水、双氧水、有机膦酸等为主要功能成分，配制清洗液，并配合多次洗涤的工艺开发了适宜工业化的新方法；徐海舰等开发了包含氧化剂(如双氧水、次氯酸钠)、软水剂(如乙二胺四乙酸二钠)、渗透剂(如磺酸盐类表面活性剂)、碱等多组分清洗剂，洗涤效果更强；陈盼盼等在前人的配方基础上，添加了聚乙烯亚胺和丝氨酸为金属螯合剂，进一步提升金属杂质去除能力；张小飞则通过设计双组份清洗液，将碱(即氢氧化物、二甲基吡啶胺)、络合剂、助溶剂与酸、表面活性剂、硅烷偶联剂、有机溶剂等分开，改善清洗剂的配制难度及用量。

5、然而，上述研究虽然在清洗效果、工艺流程等方面取得了较好成果，但配方往往偏于复杂，其仍需使用双氧水、强酸强碱以及含磷化合物等成分，由此引发氧化、腐蚀等副作用，且废水处理环保压力巨大。

6、因此，开发一种清洗去污效果较好的表面活性剂用于硅片清洗剂中，以实现提质增效、环保安全、易于使用、质量可控等产业要求，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了表面活性剂及其制备方法、硅片清洗剂、硅片清洗方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明第一方面提供了一种多功能表面活性剂，应用于硅片清洗剂中，包括兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物。

3、在本发明的一个实施例中，所述多功能表面活性剂包括式1、式2、式3所示的兼具酸性基团-cooh与碱性基团-nh2的双亲性阳离子化合物中的一种或多种；

4、

5、

6、本发明第二方面提供了一种多功能表面活性剂的制备方法，用于制备上述实施例所述的多功能表面活性剂，包括步骤：

7、将溴代羧酸、(2-羟基丙烷-1，3-二基)二氨基甲酸二叔丁酯和碳酸钾加入至溶剂中回流反应，得到第一反应液，其中，当制式1所示的化合物时，所述溴代羧酸为8-溴辛酸，当制式2所示的化合物时，所述溴代羧酸为6-溴己酸，当制式1所示的化合物时，所述溴代羧酸为10-溴癸酸；

8、冷却所述第一反应液至室温，将冷却后的第一反应液进行过滤，并将滤液减压浓缩以除去所述溶剂，得到淡黄色油状残留物；

9、将所述淡黄色油状残留物溶解后加入三氟乙酸，加热回流反应，得到第二反应液；

10、将所述第二反应液冷却并洗涤，收集有机层，并对所述有机层依次进行干燥、过滤和浓缩，得到所述多功能表面活性剂。

11、在本发明的一个实施例中，所述溴代羧酸、所述(2-羟基丙烷-1，3-二基)二氨基甲酸二叔丁酯、所述碳酸钾和所述三氟乙酸的摩尔当量比为1:1:1:1.5。

12、本发明第三方面提供了一种含多功能去污分子的硅片清洗剂，包括：水、碱、缓蚀剂和多功能表面活性剂，其中，所述多功能表面活性剂采用如权利要求1-2任一项所述的兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物。

13、在本发明的一个实施例中，按照总质量份数100份计包含以下组分：碱5-10份；缓蚀剂1-5份；多功能表面活性剂5-10份；余量为水。

14、在本发明的一个实施例中，所述碱包括氢氧化钠、氨水中的一种或多种，其中，所述氨水中氨的质量百分数为25％-28％。

15、在本发明的一个实施例中，所述缓蚀剂包括乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。

16、本发明第四方面提供了一种硅片清洗方法，包括：将硅片加入硅片清洗剂中，在预设温度下清洗预设时间，其中，所述硅片清洗剂采用如权利要求3-8任一项所述的含多功能去污分子的硅片清洗剂。

17、在本发明的一个实施例中，所述预设温度为40-55℃，所述预设时间为120-300s。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果：

19、1、本发明的多功能表面活性剂采用兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物，酸性基团可以调节清洗剂的ph值，碱性基团具有螯合金属离子的作用，酸性基团与碱性基团之间可以进行离子团聚实现表面活性剂的作用，因此，该表面活性剂具有去油污、螯合金属离子、强化渗透性、表面活化等多重功效，能够有效去除硅片表面的有机物玷污和尘埃颗粒，并溶解氧化膜、去除金属离子杂质，有效提升表面活性剂的清洗去污效果，同时该多功能表面活性剂易于漂洗清除，不会残留而造成二次污染，进而，由该多功能表面活性剂配制的硅片清洗剂无需使用双氧水、强酸强碱以及含磷化合物等成分，可有效避免氧化、腐蚀等副作用，具有清洗效果明确、绿色环保的优势，易于清洗工序的产业化转化。

20、2、本发明的硅片清洗剂配方简单，性质稳定，清洗效果明确，同时该清洗剂不含有双氧水、强酸强碱以及含磷化合物等成分，可有效避免氧化、腐蚀等副作用，绿色环保，从而避免当前主流清洗剂存在的组分复杂、易残留且清洗性能的波动性等缺陷，易于清洗工序的产业化转化。

技术特征：

1.一种多功能表面活性剂，其特征在于，应用于硅片清洗剂中，包括兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物。

2.根据权利要求1所述的多功能表面活性剂，其特征在于，所述多功能表面活性剂包括式1、式2、式3所示的兼具酸性基团-cooh与碱性基团-nh2的双亲性阳离子化合物中的一种或多种：

3.一种多功能表面活性剂的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求2所述的多功能表面活性剂，包括步骤：

4.根据权利要求3所述的多功能表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述溴代羧酸、所述(2-羟基丙烷-1，3-二基)二氨基甲酸二叔丁酯、所述碳酸钾和所述三氟乙酸的摩尔当量比为1:1:1:1.5。

5.一种含多功能去污分子的硅片清洗剂，其特征在于，包括：水、碱、缓蚀剂和多功能表面活性剂，其中，所述多功能表面活性剂采用如权利要求1-2任一项所述的兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物。

6.根据权利要求1所述的含多功能去污分子的硅片清洗剂，其特征在于，按照总质量份数100份计包含以下组分：碱5-10份；缓蚀剂1-5份；多功能表面活性剂5-10份；余量为水。

7.根据权利要求1所述的含多功能去污分子的硅片清洗剂，其特征在于，所述碱包括氢氧化钠、氨水中的一种或多种，其中，所述氨水中氨的质量百分数为25％-28％。

8.根据权利要求1所述的含多功能去污分子的硅片清洗剂，其特征在于，所述缓蚀剂包括乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。

9.一种硅片清洗方法，其特征在于，包括：将硅片加入硅片清洗剂中，在预设温度下清洗预设时间，其中，所述硅片清洗剂采用如权利要求5-8任一项所述的含多功能去污分子的硅片清洗剂。

10.根据权利要求9所述的硅片清洗方法，其特征在于，所述预设温度为40-55℃，所述预设时间为120-300s。

技术总结
本发明涉及一种表面活性剂及其制备方法、硅片清洗剂、硅片清洗方法，硅片清洗剂包括：水、碱、缓蚀剂和多功能表面活性剂，其中，多功能表面活性剂采用兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物。本实施例的硅片清洗剂中，多功能表面活性剂采用兼具酸性基团与碱性基团的双亲性阳离子化合物，具有去油污、螯合金属离子、强化渗透性、表面活化等多重功效，能够有效去除硅片表面的有机物玷污和尘埃颗粒，并溶解氧化膜、去除金属离子杂质，有效提升清洗剂的清洗去污效果。该清洗剂组分简单，清洗效果明确，避免了当前主流清洗剂存在的组分复杂，易残留，且清洗性能的波动性等缺陷；此外，该清洗剂组分对环境无污染，绿色环保。

技术研发人员：黄金强,张力峰,张一卫,刘慧,房雷,邹文龙
受保护的技术使用者：扬州晶樱光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27