[发明专利]一种无醇型单晶硅快速制绒添加剂、及包含其的制绒液、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种无醇型单晶硅快速制绒添加剂、及包含其的制绒液、其制备方法及用途，所述无醇型单晶硅快速制绒添加剂包括重量配比如下的各组分：缓蚀剂0.1‑20份；表面活性剂0.1‑10份；小分子糖醇0.5‑30份；无机碱溶液30‑70份；去离子水30‑50份。本发明无醇型单晶硅快速制绒添加剂，该制绒添加剂兼具绿色环保、成分沸点高不易挥发的优点。本发明还公开了一种制绒液，包括上述无醇型单晶硅快速制绒添加剂、碱溶液和去离子水。将含有无醇型单晶硅快速制绒添加剂的制绒液用于单晶硅制绒，具有高效稳定且快速的优点。

技术领域

本发明涉及单晶硅表面处理技术，尤其涉及一种无醇型单晶硅快速制绒添加剂、及包含其的制绒液、其制备方法及用途。

背景技术

太阳能因其可再生、能量蕴含量高、安全易得等优点而成为了极具潜力的可再生能源。光伏发电技术作为将太阳能转换为电能的主要形式，经过过去几十年的努力，其关键组件太阳能电池正向高效率、低成本的方向不断发展。目前，占据商业化太阳能电池市场主导地位的硅基太阳能电池约占光伏电池总产量的92％，而单晶硅太阳能电池的商业化效率已超过18％。而制约单晶硅太阳能电池光电转换效率进一步提高的主要原因则源于光损耗过程。因此制绒技术作为降低单晶硅太阳能电池光损耗最有效的方法，成了现代光伏领域关注的重要且极具挑战的课题之一。表面制绒技术通过增加有效光程长度进而增加硅片表面对光的吸收，不仅可以提高晶体硅太阳电池的效率，还可降低晶体硅太阳电池的生产成本。目前，湿法化学蚀刻和干法蚀刻均已被用于制绒过程，然而，在工业应用中使用最为广泛还是湿化学制绒工艺，因为该制绒工艺相较而言，制绒更快，成本更低。时下产业化单晶硅制绒工艺多以碱(KOH或NaOH)醇(异丙醇，简称IPA)体系为主。单晶硅制绒的基本原理可以简单归结为硅片表面悬挂键和背键结构的差异而引起的各向异性蚀刻，其化学反应式可以总结为：

Si+NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+H₂↑

单晶硅(111)晶面每个硅原子有1个悬挂键和3个共价键，(100)晶面的硅原子有2个悬挂键和2个共价键。因此，在(100)晶面从硅晶体中蚀刻一个硅原子需要断裂2个共价键，(111)晶面需要断裂3个共价键，显然(100)面的蚀刻速率要高于(111)晶面，其两晶面速率差甚至可高达百倍，故利用该蚀刻速率差异最终在晶硅表面形成了“金字塔”微结构。碱作为腐蚀剂，与100Si表面进行各向异性选择性化学蚀刻以形成随机直立的“金字塔”绒面。IPA作为表面活性剂，以改善硅片表面润湿性、降低制绒液表面张力，使反应产生的H₂能够快速离开硅片表面来调控成核过程，进而有助于在整个硅片上实现更加均匀的“金字塔”微结构的构建。

尽管目前商业化单晶硅制绒方面发展最成熟的工艺仍是碱醇工艺，但IPA参与的制绒工艺仍有其明显的缺陷。首先，IPA的低沸点(82.6℃)、强挥发性，导致IPA在整个制绒(制绒温度一般控制在80-85℃)过程中会不断挥发，这就需在整个制绒过程不断补充IPA，以保证其浓度的基本恒定；其次，IPA有毒且价昂，对环境及价格的控制都不友好；再者，IPA分子量较小、对硅吸附力较弱，无法起到充分的掩膜作用，从而影响出绒率，导致绒面尺寸偏大、制绒硅片反射率偏高；所以开发一种新的替代碱液体系成为单晶硅制绒的重点研发方向。在碱醇工艺基础上，Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₃PO₄、乙二胺及四甲基氢氧化铵(TMAH)等相继被提出用于代替NaOH或KOH作为蚀刻剂用于单晶硅表面制绒，减反效果较好；但其绒面均匀性、反应重现性差，且反应时间较长(约1h)。为了进一步优化制绒工艺，不少科研人员还提出了有机酸复配表面活性剂辅助成核的策略。该策略虽然很大程度上提高了绒面均匀性，降低了反射率，但在制绒过程中仍需少量醇类化合物辅助成核，且反应时间仍旧较长。因此，开发一种新型无醇的快速制绒添加剂体系有着更为迫切的产业应用需求。