一种单晶碱抛光添加剂、抛光液及抛光方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种晶片添加剂、抛光液及抛光方法。

背景技术：

单晶碱抛光添加剂是指在单晶硅太阳能电池的制绒工艺过程中，添加的有利于反应结果和产品性能的化学助剂。在晶硅太阳能电池片生产过程中，为了进一步提升电池片的性能和效率，通常会对硅片背面进行抛光，使硅片背表面更加光滑甚至达到镜面效果，背抛光后硅片的背面平整，一方面可以加强对透射光的反射减小透光率，另一方面可以使铝浆与硅片表面接触更加充分提高钝化效果。通过背表面抛光分别使电流isc和开路电压uoc得到了提升，从而可以提高太阳能电池的转换效率。

目前，工业化的晶硅太阳能电池片的抛光生产中主要使用以下三种方法：1、四甲基氢氧化铵抛光，这种方法制备得到的硅片反射率较高，但是药液成本和尾液处理成本较高，对环境的污染也比较严重。2、硝酸、氢氟酸抛光，这种方法药液成本低，抛光效果也较差，对环境的污染也比较严重。3、无机碱抛光，使用高浓度的氢氧化钾、氢氧化钠进行抛光，这种方法药液成本低，抛光效果好，对环境影响也较小，但是其工艺不稳定，反应过程不好控制，同时碱会腐蚀硅片正面的氧化硅，从而破坏正面pn结，导致电池失效。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种单晶碱抛光添加剂、抛光液及抛光方法，成本低，抛光效果好；同时抛光过程可以降低碱用量，消除有机碱，并增强pn结的保护性。

技术方案：本发明所述的一种单晶碱抛光添加剂，按质量百分比计，包括如下组分：有机硅0.1％～10％，光亮剂0.1％～10％，氟碳表面活性剂0.05％～1％，余量为水。

其中，有机硅可以是聚醚类有机硅(如德国毕克消泡剂byk系列，美国道康宁afe系列，光亮剂可以是如金属光亮剂；此处未详细描述之处均可以通过现有技术轻易实现。

本发明还提供了一种单晶碱抛光液，包括碱溶液和上述单晶碱抛光添加剂。

其中，碱溶液为2～5wt％的氢氧化钾水溶液。单晶碱抛光添加剂与氢氧化钾溶液的质量比为1～4∶100。

本发明还提供了一种单晶硅片的抛光方法，采用上述抛光液对单晶硅片进行抛光。

具体地，将有机硅、光亮剂、氟碳表面活性剂和水按照下述质量百分比混合均匀配成制绒添加剂：有机硅0.1％～10％，光亮剂0.1％～10％，氟碳表面活性剂0.05％～1％，余量为水；将制成的单晶碱抛光添加剂加到氢氧化钾溶液中，混合均匀配成抛光液，所述单晶碱抛光添加剂加到氢氧化钾溶液的质量比为1～4∶100；所述氢氧化钾溶液中配入了质量百分比为2％～5％的氢氧化钾水溶液；将单晶硅片浸入制得的抛光液中进行表面抛光。

将单晶硅片浸入制得的抛光液中进行表面抛光，抛光温度为65～80℃，制绒时间为180～360s。

优选地，抛光温度为65～75℃，制绒时间为240～360s，该抛光条件下效果更佳。

发明原理：本发明提出的单晶碱抛光添加剂中含有加速硅腐蚀的物质，能够增强硅的腐蚀速度进而减低碱的使用量，添加剂中还有一种保护si-oh键，进而对pn结的氧化硅进行保护，实现有机碱的腐蚀效果(不腐蚀氧化硅)。单晶碱抛光添加剂的有效成分有机硅和光亮剂能够增强硅片光亮度和二氧化硅的保护性，氟碳表面活性剂使得硅片与抛光液充分接触。将添加剂加入碱液中，协同作用于待抛光的单晶表面，对正面氧化硅进行保护，进而保护正面pn结。

有益效果：

(1)本发明提供的上述一种单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光的抛光液和单晶硅片的抛光方法，该单晶碱抛光添加剂应用于单晶抛光工艺，可以得到背面光亮的单晶，同时大幅度增加反射率；该单晶碱抛光添加剂影响抛光平整度，增强反应速度。

(2)本发明提供的单晶碱抛光添加剂可控制抛光速度，提高背面光亮度，同时大幅度增加反射率，提高开压和硅片效率。而且本发明的单晶碱抛光添加剂的有效成分有机硅和光亮剂能够增强硅片光亮度和二氧化硅的保护性，氟碳表面活性剂使得硅片与抛光液充分接触。本发明提供的上述一种单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光液和单晶硅片的抛光方法，该单晶碱抛光添加剂应用于单晶硅片的绒面抛光，可以得到背面光亮的单晶，同时大幅度增加反射率；该单晶碱抛光添加剂影响抛光平整度，增强反应速度。

(3)相对于现有技术，本发明降低碱浓度的同时增强pn结的保护性，能够接近有机碱的腐蚀效果。本申请中抛光液添加剂的配方可以大幅降低碱液的浓度，消除有机碱带来的排放问题，并同时满足抛光效果好、抛光无污染和抛光过程可控，显著提升抛光效果，应用前景广阔。

附图说明

图1为采用本发明实施例提供的单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光液和单晶硅片的抛光方法得到的单晶硅的晶相图之一。

图2是采用本发明实施例提供的单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光液和单晶硅片的抛光方法得到的单晶硅的晶相图之二。

图3为采用传统酸抛的抛光方法得到的单晶硅的晶相图。

图4为现有产品(拓邦添加剂)与本发明的产品的对比图；其中图(a)为现有产品，图(b)为本发明的产品。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。

本发明提供的制绒添加剂的组分包括：有机硅、光亮剂、氟碳表面活性剂和水。添加剂中各组分的质量百分含量为：有机硅0.1％～10％，光亮剂0.1％～10％，氟碳表面活性剂0.05％～1％，余量为水。

本发明实施例还提供了一种单晶碱抛光添加剂用于单晶硅片的抛光液，其含有氢氧化钾溶液和上述单晶碱抛光添加剂，单晶碱抛光添加剂与氢氧化钾溶液的质量比为1～4∶100；所述氢氧化钾溶液中配入了质量百分比为2％～5％的氢氧化钾水溶液；

本发明还提供一种单晶硅片的抛光方法，利用上述抛光液对单晶硅片进行表面抛光。优选的，所述单晶硅片浸入制得的抛光液中进行表面抛光，抛光温度为65～80℃，制绒时间为180～360s。

上述单晶硅片的抛光方法的具体步骤包括：

步骤1)配置制绒添加剂：将有机硅0.1％～10％，光亮剂0.1％～10％，氟碳表面活性剂0.05％～1％，余量为水，混合均匀配成单晶碱抛光添加剂；其中水优选为超纯水；

步骤2)配置抛光液：将步骤1)制成的单晶碱抛光添加剂加到氢氧化钾溶液中，混合均匀配成抛光液，所述单晶碱抛光添加剂与氢氧化钾溶液的质量比为1～4∶100；所述氢氧化钾溶液中配入了质量百分比为2％～5％的氢氧化钾水溶液；

步骤3)将单晶硅片浸入步骤2)制得的抛光液中进行表面抛光，抛光温度为65～80℃，制绒时间为180～360s。

实施例1：

应用本发明单晶碱抛光添加剂的抛光工艺，采取如下工艺步骤：

(1)配制单晶碱抛光添加剂：以超纯水为溶剂，将0.1g有机硅、0.1g光亮剂、0.05g氟碳表面活性剂溶解于超纯水中，得到100g制绒添加剂；

(2)配置抛光液：将250g的氢氧化钾溶于超纯水中，得到10kg氢氧化钾溶液；然后在该氢氧化钾溶液中加入步骤1)制成的100g单晶碱抛光添加剂得到抛光液；

(3)抛光工艺：将单晶硅电池片浸入抛光液中进行表面抛光，制绒温度为75℃，制绒时间为180s。

实施例2：

应用本发明单晶碱抛光添加剂的抛光工艺，采取如下工艺步骤：

(1)配制单晶碱抛光添加剂：以超纯水为溶剂，将2g有机硅、2g光亮剂、0.32g氟碳表面活性剂溶解于超纯水中，得到400g制绒添加剂；

(2)配置制绒液：将300g的氢氧化钾水溶液溶于超纯水中，得到10kg氢氧化钾溶液；然后在该氢氧化钾溶液中加入步骤1)制成的400g单晶碱抛光添加剂得到抛光液；

(3)抛光：将单晶硅电池片浸入抛光液中进行表面抛光，制绒温度为65℃，制绒时间为240s。

实施例3：

应用本发明单晶碱抛光添加剂的抛光工艺，采取如下工艺步骤：

(1)将有机硅、光亮剂、氟碳表面活性剂加入水中，混合均匀配成单晶碱抛光添加剂；以质量百分比计，添加剂含有有机硅2％、光亮剂2.5％、氟碳表面活性剂0.1％和水余量。

(2)将制成的单晶碱抛光添加剂加到质量分数为4％的氢氧化钾水溶液中，混合均匀配成抛光液；其中，单晶碱抛光添加剂与氢氧化钾水溶液的质量比为1∶50。

(3)抛光：将单晶硅电池片浸入抛光液中进行表面抛光，制绒温度为80℃，制绒时间为360s。

实施例4：

应用本发明单晶碱抛光添加剂的抛光工艺，采取如下工艺步骤：

(1)将有机硅、光亮剂、氟碳表面活性剂加入水中，混合均匀配成单晶碱抛光添加剂；以质量百分比计，添加剂含有有机硅6％、光亮剂7％、氟碳表面活性剂0.4％和水余量。

(2)将制成的单晶碱抛光添加剂加到质量分数为4％的氢氧化钾水溶液中，混合均匀配成抛光液；其中，单晶碱抛光添加剂与氢氧化钾水溶液的质量比为3：100。

(3)抛光：将单晶硅电池片浸入抛光液中进行表面抛光，制绒温度为70℃，制绒时间为360s。

实施例5：

应用本发明单晶碱抛光添加剂的抛光工艺，采取如下工艺步骤：

(1)将有机硅、光亮剂、氟碳表面活性剂加入水中，混合均匀配成单晶碱抛光添加剂；以质量百分比计，添加剂含有有机硅10％、光亮剂10％、氟碳表面活性剂1％和水余量。

(2)将制成的单晶碱抛光添加剂加到质量分数为5％的氢氧化钾水溶液中，混合均匀配成抛光液；其中，单晶碱抛光添加剂与氢氧化钾水溶液的质量比为1∶100。

(3)抛光：将单晶硅电池片浸入抛光液中进行表面抛光，制绒温度为80℃，制绒时间为360s。

对比例1：(酸抛)

本对比例采用传统酸抛光方法对单晶硅进行抛光。

具体过程如下：酸的组成：氢氟酸质量百分比在7％～35％，硝酸质量百分比在30％～60％，抛光时间180s～300s。

对比例2：(碱抛+不加添加剂)

本对比例采用碱性抛光工艺。

具体过程如下：将4kg的氢氧化钾溶于100kg超纯水中，得到4％的氢氧化钾溶液，抛光时间240s。

将上述实施例和对比例抛光得到的单晶硅片进行抛光效果表征与测试：

采用本发明实施例提供的单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光液和单晶硅片的抛光方法对单晶硅抛光后，对单晶硅的晶相影响如图1～3所示，图1、2所示的是采用本发明实施例提供的单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光液和单晶硅片的抛光方法得到的单晶硅的晶相，图3所示的是按照传统的酸抛光方法得到的单晶硅的晶相，对比可以看出，本发明实施例得到的单晶硅的抛光平整度更好，同时反射率更高。

如图4所示为现有产品(拓邦添加剂)与本发明的产品的对比图，图中上方的是现有添加剂腐蚀8min的效果，图中下方的是本发明上述实施例产品的腐蚀效果，可以看出本发明的产品耐抛性要强于现有产品

与对比例2的碱抛相比，本申请有机硅在正面保护性上起到很好的效果。

与对比例3相比，本申请有机硅的添加增强了本产品的耐抛性，能够增强600s或者能够将碱浓度上提高100％。

因此，本发明实施例提供的单晶碱抛光添加剂可控制抛光速度，提高背面光亮度，同时大幅度增加反射率，提高开压和硅片效率。而且本发明的单晶碱抛光添加剂的有效成分有机硅和光亮剂能够增强硅片光亮度和二氧化硅的保护性，氟碳表面活性剂使得硅片与抛光液充分接触。

综上，本发明提供的一种单晶碱抛光添加剂、单晶硅片抛光液和单晶硅片的抛光方法，该单晶碱抛光添加剂应用于单晶硅片的绒面抛光，可以得到背面光亮的单晶，同时大幅度增加反射率；该单晶碱抛光添加剂影响抛光平整度，增强反应速度。