一种用于快速制绒的制绒添加剂及应用
阅读说明：本技术 一种用于快速制绒的制绒添加剂及应用 (Texturing additive for rapid texturing and application ) 是由 周树伟 张丽娟 陈培良 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于快速制绒的制绒添加剂及应用,所述制绒添加剂包括如下质量百分比含量的各组分：成核剂0.5%～10%,绒面催化剂1%～10%,表面活性剂0.01%～0.05%,脱泡剂0.05%～0.5%,余量为去离子水。本发明的制绒添加剂能够实现制绒时间缩短至240s,与现有制绒添加剂的单面腐蚀深度2.5um相比,本发明制绒添加剂的单面腐蚀深度达1.5um时便可以实现金字塔的完全生长,可获得2um的绒面尺寸,并具有良好的降低反射率的效果。(The invention discloses a texturing additive for rapid texturing and application thereof, wherein the texturing additive comprises the following components in percentage by mass: 0.5-10% of nucleating agent, 1-10% of textured surface catalyst, 0.01-0.05% of surfactant, 0.05-0.5% of defoaming agent and the balance of deionized water. The texturing additive can shorten the texturing time to 240s, and compared with the single-side corrosion depth of 2.5um of the existing texturing additive, the single-side corrosion depth of the texturing additive can achieve the complete growth of pyramids when reaching 1.5um, the size of a 2um textured surface can be obtained, and the effect of reducing the reflectivity is good.)
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种用于快速制绒的制绒添加剂及应用。
背景技术
随着光伏行业的飞速发展，不论是上游的硅料和硅片，还是中游的电池片，亦或是下游的组件都进行了大规模的扩产，其中电池片的扩产速度惊人，致使上游的硅片出现了供不应求的现象。电池片制造商为了摊薄成本，整个光伏行业内部开始出现薄片化的趋势，目前有些制造商已经开始使用厚度为140um的硅片，因此可以预见在不久的将来，薄片将成为行业的标配，甚至可能出现更薄的硅片用于光伏电池片。
电池片的制造环节包括制绒、扩散、刻蚀、氧化、镀膜、丝印、烧结等多个工序，为了尽可能使硅片在整个制造环节中的重量减少最低，制绒作为第一道工序将受到硅片薄片化的技术挑战。制绒是在硅片表面通过碱刻蚀产生“织构”,提高硅片对太阳光的吸收率，从而提高电池效率。众所周知，越高的电池效率会得到越好的发电收益，这促使各制造商在湿法制绒过程中，不断地寻求更好的制绒添加剂来辅助碱刻蚀，以最短的制绒时间来达到更低的腐蚀深度以及更低的反射率，即更好的表面“织构”。
在湿法制绒过程中，由于制绒添加剂受到硅片与碱的反应速率、绒面金字塔生长的速率以及化学品耗量的限制，因此硅片需要达到一定的腐蚀深度才能实现金字塔的完全生长或是绒面的最优化，现有制绒添加剂能够实现的较合适的绒面尺寸为1.5~3um，即使有些制绒添加剂在较短时间内可实现快速制绒，比如中国专利CN111501105A，但需要有一定量的腐蚀深度，低于这个腐蚀深度通常会出现金字塔生长不完全，致使绒面尺寸过小（小于1um）以及反射率偏高的问题。因而，需要开发出一种能在极低腐蚀深度条件下实现快速制绒，并且绒面尺寸合适、反射率低的制绒添加剂，为行业的发展助力。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于快速制绒的制绒添加剂及应用，该制绒添加剂不仅能够缩短制绒时间，而且能够获得低腐蚀深度及低反射率的制绒片。
根据本发明的第一个方面，提供一种用于快速制绒的制绒添加剂，包括如下质量百分比含量的各组分：成核剂0.5%～10%，绒面催化剂1%～10%，表面活性剂0.01%～0.05%，脱泡剂0.05%～0.5%，余量为去离子水。
优选的，所述成核剂选自水解聚丙烯腈钠盐、水解聚丙烯腈铵盐中的一种或两种。
优选的，所述绒面催化剂为胆碱或氢氧化胆碱。
优选的，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
优选的，所述脱泡剂选自甲苯二胺聚醚多元醇。
优选的，所述脱泡剂的粘度为1100～12000mPa•s。
根据本发明的第二个方面，提供一种快速制绒的制绒液，其含有碱溶液和上述制绒添加剂，制绒添加剂与碱溶液的质量比为0.5～2.5:100。
优选的，所述碱溶液为0.2～2wt%的氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
根据本发明的第三个方面，提供一种单晶硅片的快速制绒方法，利用上述制绒液对单晶硅片进行表面制绒。
优选的，上述单晶硅片的快速制绒方法，包括如下步骤：
（1）配制制绒添加剂：将质量百分比含量为0.5%～10%的成核剂，1%-10%的绒面催化剂，0.01%～0.05%的表面活性剂，0.05%～0.5%的脱泡剂加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成制绒添加剂；
（2）配制制绒液：将步骤（1）配制成的制绒添加剂加入到碱溶液中，混合均匀配制成制绒液；制绒添加剂与碱溶液的质量比为0.5～2.5:100；
（3）制绒：将单晶硅片浸入步骤（2）制得的制绒液中进行表面制绒，制绒温度为75～85℃，制绒时间为240～290s。
本发明的制绒添加剂，作为成核剂的水解聚丙烯腈钠盐和水解聚丙烯腈铵盐，由聚丙烯腈废料，经碱性水解而得到的阴离子聚合物，分子链上含有酰胺基、羧基和腈基等强极性基团，与硅片表面的Si-H键形成强氢键作用，可以很好地吸附在硅片表面，因而具有良好的出绒性能，可形成良好的出绒基底，但是出绒得到的金字塔绒面若要长大则需要较大的腐蚀深度，即使通过提高碱用量来提高反应速率，此时腐蚀深度和绒面尺寸还是难以平衡，也就是难以在较低的腐蚀深度下得到正常尺寸的金字塔绒面。为了解决这一问题，本发明的制绒添加剂中加入了绒面催化剂胆碱或氢氧化胆碱，其分子中含有活性的-OH，具有很强的碱性，并且带正电荷的N使得其在硅片表面具有很强的吸附性，从而与碱产生协同作用，促使OH-与硅片表面结合，加速制绒腐蚀反应速率，让反应在腐蚀深度较小时也可以使金字塔完全长大成型，而不是停留在金字塔密度高但是绒面很小的长大过程中，因此制绒后的硅片反射率更低。
本发明制绒添加剂中加入绒面催化剂胆碱或氢氧化胆碱后，硅片表面的气泡产生的更快，因此对气泡的脱除速率要求更高。本发明选用粘度为1100～12000mPa•s的甲苯二胺聚醚多元醇作为脱泡剂，具有很低的表面张力，促使硅片表面的气泡可以快速脱除。虽然脱泡剂本身具有很好的脱泡能力，而使得制绒后的硅片表面不会残留气泡印等基础外观问题，但是仍然会有均匀性不好的情况出现，尤其本发明腐蚀深度较低，硅片表面反应生成的气泡脱除快，下部分的气泡会对上部分的硅片表面产生影响，因而需要表面活性剂配合使用优化制绒外观。
本发明的表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的一种或多种，作为外观调和剂的同时也具有补充出绒的作用，这是由于十二烷基硫酸钠等中的硫酸基或十二烷基苯磺酸钠等中的磺酸基团具有一定的极性和吸附性，可与成核剂配合出绒，使制绒稳定性更好。而且少量表面活性剂吸附在硅片表面，促使成核剂更加均匀的分布，从而在高腐蚀速率下也能得到很好的外观。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明的制绒添加剂能够实现制绒时间缩短至240s；
（2）与现有制绒添加剂的单面腐蚀深度2.5um相比，本发明制绒添加剂的单面腐蚀深度达1.5um时便可以实现金字塔的完全生长，可获得2um的绒面尺寸，并具有良好的降低反射率的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1获得的绒面形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
按照质量百分比份数，将5份水解聚丙烯腈钠盐，2份胆碱，0.02份十二烷基硫酸钠，0.15份粘度为12000mPa•s的甲苯二胺聚醚多元醇和92.83份去离子水混合搅拌均匀配成制绒添加剂；再在制绒槽体中按照质量比0.7:1.2:100依次加入制绒添加剂、氢氧化钠和去离子水，搅拌均匀配成制绒液；然后放入硅片进行制绒，制绒温度80℃，反应时间240s。
实施例2
按照质量百分比份数，将5份水解聚丙烯腈钠盐，8份胆碱，0.02份十二烷基硫酸钠，0.4份粘度为3500mPa•s的甲苯二胺聚醚多元醇和86.58份去离子水混合搅拌均匀配成制绒添加剂；再在制绒槽体中按照质量比0.7:0.4:100依次加入制绒添加剂、氢氧化钠和去离子水，搅拌均匀配成制绒液；然后放入硅片进行制绒，制绒温度80℃，反应时间240s。
实施例3
按照质量百分比份数，将2.5份水解聚丙烯腈钠盐，2.5份水解聚丙烯腈铵盐，8份胆碱，0.025份十二烷基硫酸钠，0.4份粘度为3500mPa•s的甲苯二胺聚醚多元醇和86.575份去离子水混合搅拌均匀配成制绒添加剂；再在制绒槽体中按照质量比0.7:0.3:100依次加入制绒添加剂、氢氧化钠和去离子水，搅拌均匀配成制绒液；然后放入硅片进行制绒，制绒温度80℃，反应时间270s。
实施例4
按照质量百分比份数，将5份水解聚丙烯腈铵盐，2份胆碱，0.01份十二烷基硫酸钠，0.015份十二烷基苯磺酸钠，0.15份粘度为8000mPa•s的甲苯二胺聚醚多元醇和92.825份去离子水混合搅拌均匀配成制绒添加剂；再在制绒槽体中按照质量比0.7:1:100依次加入制绒添加剂、氢氧化钠和去离子水，搅拌均匀配成制绒液；然后放入硅片进行制绒，制绒温度80℃，反应时间290s。
对比例
在制绒槽体中按照质量比为0.7:1.2:100依次加入制绒添加剂（中国专利CN111501105A公开的制绒添加剂）、氢氧化钠和去离子水，搅拌均匀配成制绒液；然后放入硅片进行制绒，制绒温度80℃，反应时间300s。
对实施例1-4及对比例所得的制绒片进行称重，计算腐蚀深度，并进行反射率测试，反射率测试仪采用NXT Helios-rc反射率测试仪，测试结果如表1所示。
表1 实施例1-4及对比例的腐蚀深度及反射率
从表1可以看出，本发明的制绒添加剂可获得明显的低腐蚀深度，同时具有良好的降反效果。从图1可以看出，金字塔绒面已经完全长大成型，绒面尺寸在2um左右，未出现非常小的未成型绒面。
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