单晶硅片碱抛光用添加剂及其应用
阅读说明：本技术 单晶硅片碱抛光用添加剂及其应用 (Additive for alkali polishing of monocrystalline silicon piece and application thereof ) 是由 杨勇 章圆圆 陈培良 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种单晶硅片碱抛光用添加剂,其各组分的质量百分含量为：抛光成分0.01%～1%,分散剂1%～3%,防沉剂1%～5%,保护剂0.05%～0.1%,余量为去离子水。在单晶硅片碱抛光的抛光液中添加本发明的添加剂,可使硅片的背抛面具有高平整度、低比表面积,无线痕,外观呈镜面效果,反射率高,最终电池效率提升0.03%～0.05%,满足PERC电池对抛光的需求。(The invention discloses an additive for alkali polishing of a monocrystalline silicon piece, which comprises the following components in percentage by mass: 0.01 to 1 percent of polishing component, 1 to 3 percent of dispersant, 1 to 5 percent of anti-settling agent, 0.05 to 0.1 percent of protective agent and the balance of deionized water. The additive is added into the polishing solution for alkali polishing of the monocrystalline silicon piece, so that the back polished surface of the silicon piece has high flatness, low specific surface area and no linear trace, the appearance has a mirror surface effect and high reflectivity, the final battery efficiency is improved by 0.03-0.05%, and the requirement of the PERC battery on polishing is met.)
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体涉及一种单晶硅片碱抛光用添加剂及其应用。
背景技术
目前，太阳能电池刻蚀抛光工艺是太阳能高效电池制造工艺中至关重要的一步，对成品电池片的电性能以及EL良率有着重大的影响，刻蚀后硅片背面反射率的均匀性决定了背钝化镀膜的均匀性，镀膜的均匀性决定了激光开孔率及大小的均匀性；因此刻蚀在PERC电池（钝化发射区背面电池，Passivated emitter rear contact solar cells）生产过程中起着举足轻重的作用。
碱抛是目前一种较为常见的技术手段，但碱抛常存在如下问题：1）碱抛抛光不彻底会有金字塔残留；2）碱抛反射率很难提高，而且稳定性差；3）碱抛所形成的塔基较小。
目前也在抛光液中使用添加剂来改善上述碱抛问题，但现有碱抛添加剂主要采用抛光剂、螯合剂、保护剂，仍存在如下问题：1）碱抛添加剂稳定性较差，有效期在3个月以内；2）抛光所形成的塔基小；3）抛光面的平整度差，反射率低。
发明内容
为提高碱抛光添加剂的稳定性以及抛光后刻蚀背面的平整度和反射率，进而更好的提高成品电池片的转换效率，本发明提供一种单晶硅片碱抛光用添加剂，其各组分的质量百分含量为：抛光成分0.01%～1%，分散剂1%～3%，防沉剂1%～5%，保护剂0.05%～0.1%，余量为去离子水；
所述抛光成分选自乙基香兰素、香草素、异十三醇醚、醇醚磷酸酯、异构十醇醚中的一种或多种。
优选的，所述分散剂选自聚磷酸盐、聚羧酸磺酸盐、聚乙烯醇中的一种或多种。
优选的，所述防沉剂选自四乙酸二钠、乙二醇双四乙酸、亚硫二乙酸中的一种或多种。
优选的，所述保护剂选自苯并三氮唑、次亚磷酸钠、2-巯基苯并噻唑中的一种或多种。
本发明还提供一种单晶硅片碱抛光用抛光液，其含有碱液和上述的添加剂，添加剂与碱液的质量比为2.3～4.5:100。
优选的，所述碱液为NaOH溶液或KOH溶液。
优选的，所述NaOH溶液中NaOH的质量浓度为5%～8.5%，所述KOH溶液中KOH的质量浓度为8%～15%。
本发明还提供一种单晶硅片碱抛光方法，利用上述的抛光液对单晶硅片进抛光处理。
优选的，所述抛光处理的温度控制在60～70℃。
优选的，所述抛光处理的时间控制在2～5min。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明的单晶硅片碱抛光用添加剂，能控制无机碱对硅片的刻蚀的晶面方向和速度，达到更大塔基、更高反射率的背抛效果；抛光后的硅片塔基大小23～28微米，反射率41～43%。
本发明添加剂所用的抛光成分能提高OH-对硅片刻蚀面的选择性，从而得到平整度更好的抛光面。抛光成分主要通过自身的化学结构来影响OH-对单晶硅的晶面的选择，优先选择刻蚀111晶面，从而显示出塔基更平整。
本发明添加剂所用的分散剂能使抛光成分更好的分散在抛光液中。
本发明添加剂所用的防沉剂能通过自身结构锁住溶液中的一些金属离子，防止金属离子在高浓度的硅酸钠的溶液中与硅酸钠结合形成不溶的硅酸盐沉淀。
本发明添加剂所用的保护剂主要是通过物质本身与磷硅玻璃层相结合，形成致密的钝化膜从而阻止OH-对硅的正面的腐蚀，而背面由于不具有磷硅玻璃层的结构，所以碱只刻蚀背面；但是溶液中微量的金属离子沉淀后会影响保护剂的性能，所以需要防沉剂来阻止沉淀。
本发明的添加剂具有高稳定性，将本发明的添加剂配入碱液，可抛光持续时间达到24～48小时。由于本添加剂中不存在市场上常用的强氧化剂，整个配方无论常温条件还是抛光的高碱环境，都不存在自身分解或是与其他化学物质的反应，所以具有强的稳定能力。
采用本发明抛光液对硅片进行背抛，可使硅片的背抛面具有高平整度、低比表面积，无线痕，外观呈镜面效果，反射率高，背面抛光更平坦，满足PERC电池对抛光的需求。
本发明单晶硅片碱抛光用添加剂的组分易清洗，不残留在硅片上。
采用本发明的添加剂制备电池片，能使电池片的电性能增益，通过前后道工艺匹配，可以提高效率0.03%～0.05%。
附图说明
图1为实施例1和对比例1抛光后的硅片表面平整度图；
图2为实施例1和对比例1抛光后的硅片塔基图；
图3为实施例2和对比例2抛光后的硅片塔基图；
图4为实施例3和对比例3所制得成品电池片的性能数据。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种单晶硅片碱抛光方法，具体步骤包括：
1）配制添加剂：将质量百分含量为0.01%～1%的抛光成分、1%～3%的分散剂、1%～5%的防沉剂、0.05%～0.1%的保护剂加入到余量的水中，混合均匀配成添加剂；
所述抛光成分选自乙基香兰素、香草素、异十三醇醚、醇醚磷酸酯、异构十醇醚中的一种或多种；
所述分散剂选自聚磷酸盐、聚羧酸磺酸盐、聚乙烯醇中的一种或多种；
所述防沉剂选自四乙酸二钠、乙二醇双四乙酸、亚硫二乙酸中的一种或多种；
所述保护剂选自苯并三氮唑、次亚磷酸钠、2-巯基苯并噻唑中的一种或多种；
2）配制抛光液：将步骤1）制成的添加剂加到碱液中，混合均匀配成抛光液；添加剂与碱液的质量比为2.3～4.5:100；碱液为NaOH溶液或KOH溶液，且NaOH的质量浓度为5%～8.5%，KOH的质量浓度为8%～15%；
3）利用步骤2）制得的抛光液对硅片背面进行抛光处理，抛光处理的温度控制在60～70℃，时间控制在2～5min。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
取2.5L碱抛槽，加入2L水，将温度升高到65℃，再加入100mL的48%的NaOH，待温度稳定后加入30ml本发明的添加剂（配方为：0.05wt%香兰素，1wt%聚磷酸盐，3wt%四乙酸二钠，0.08wt%苯并三氮唑，余量为去离子水）；搅拌均匀后，取去PSG的硅片，在45℃的NaOH和双氧水的槽内进行预清洗2min，预清洗完成后，放入水槽清洗2min，再将硅片放入碱抛槽抛光4min，抛光完成后再放入水槽清洗2min，碱抛刻蚀工艺完成。
对比例1
取2.5L碱抛槽，加入2L水，将温度升高到65℃，再加入100mL的48%的NaOH，待温度稳定后加入30ml目前市场上使用的添加剂（配方为：5wt%高氯酸钠，3wt%柠檬酸钠，3wt%棕榈酸，0.001wt%十六烷基三甲基氧化胺，0.1wt%吐温，余量为去离子水）；搅拌均匀后，取去PSG的硅片，在45℃的NaOH和双氧水的槽内进行预清洗2min，预清洗完成后，放入水槽清洗2min，再将硅片放入碱抛槽抛光4min，抛光完成后再放入水槽清洗2min，碱抛刻蚀工艺完成。
实施例1与对比例1抛光后的硅片表面平整度图如图1所示，从图1中可以看出：本发明的添加剂抛光后的硅片明显在镜面效果上好于市场上所售的添加剂抛光的硅片，从另一方面说明本发明的添加剂抛光后的硅片表面更加平整。
实施例1与对比例1抛光后的硅片塔基图如图2所示，从图2中可以看出：本发明的添加剂抛光后的硅片从微观结构上的塔基大小明显大于市场上的添加剂所抛硅片，而且平面的凸起较少。
实施例2
取2.5L碱抛槽，加入2L水，将温度升高到65℃，再加入100mL的48%的NaOH，待温度稳定后加入30ml本发明的添加剂（配方为：0.05wt%香兰素，1wt%聚磷酸盐，3wt%四乙酸二钠，0.08wt%苯并三氮唑，余量为去离子水），制得抛光液；将抛光液放置三个月后使用，使用时，将抛光液搅拌均匀，取去PSG的硅片，在45℃的NaOH和双氧水的槽内进行预清洗2min，预清洗完成后，放入水槽清洗2min，再将硅片放入碱抛槽抛光4min，抛光完成后再放入水槽清洗2min，碱抛刻蚀工艺完成。
对比例2
取2.5L碱抛槽，加入2L水，将温度升高到65℃，再加入100mL的48%的NaOH，待温度稳定后加入30ml目前市场上使用的添加剂（配方为：5wt%高氯酸钠，3wt%柠檬酸纳，3wt%棕榈酸,0.001wt%十六烷基三甲基氧化胺，0.1wt%吐温，余量为去离子水），制得抛光液；将抛光液放置三个月后使用，使用时，将抛光液搅拌均匀，取去PSG的硅片，在45℃的NaOH和双氧水的槽内进行预清洗2min，预清洗完成后，放入水槽清洗2min，再将硅片放入碱抛槽抛光4min，抛光完成后再放入水槽清洗2min，碱抛刻蚀工艺完成。
实施例2与对比例2抛光后的硅片塔基图如图3所示，从图3中可以看出：本发明的添加剂在放置了3个月后使用效果完全和初配时一模一样，没有金字塔的残留；而市场上所售添加剂基本上已经失去抛光效用，金字塔存留很多；说明本发明添加剂稳定性很好。
实施例3
取150L碱抛槽，加入140L水，将温度升高到65℃，再加入6L的48%的NaOH，待温度稳定后加入3.5L本发明的添加剂（配方为：0.05wt%香兰素，1wt%聚磷酸盐，3wt%四乙酸二钠，0.08wt%苯并三氮唑，余量为去离子水）；搅拌均匀后，对1200片去PSG的硅片进行抛光，在45℃的NaOH和双氧水的槽内进行预清洗2min，预清洗完成后，放入水槽清洗2min，再将硅片放入碱抛槽抛光4min，抛光完成后再放入水槽清洗2min，碱抛刻蚀工艺完成；然后进入后续太阳能电池制备工艺，制得成品电池片。
对比例3
取150L碱抛槽，加入140L水，将温度升高到65℃，再加入6L的48%的NaOH，待温度稳定后加入3.5L目前市场上使用的添加剂（配方为：5wt%高氯酸钠，3wt%柠檬酸纳，3wt%棕榈酸,0.001wt%十六烷基三甲基氧化胺，0.1wt%吐温，余量为去离子水）；搅拌均匀后，对1200片去PSG的硅片进行抛光，在45℃的NaOH和双氧水的槽内进行预清洗2min，预清洗完成后，放入水槽清洗2min，再将硅片放入碱抛槽抛光4min，抛光完成后再放入水槽清洗2min，碱抛刻蚀工艺完成；然后进入后续太阳能电池制备工艺，制得成品电池片。
实施例3与对比例3所制得成品电池片的性能数据如图4所示，从图4中可以看出：本发明添加剂的电池平均效率22.7045%，市场上所售添加剂的电池平均效率22.6768%；相比之下，本发明添加剂的电池平均效率提高了0.0277%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：基因组甲基化文库及其制备方法和应用