硅片清洗剂及制备方法和硅片清洗工艺

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池用硅片切割领域，尤其涉及硅片清洗剂及制备方法和硅片清洗工艺。

背景技术

半导体器件生产过程所用到的硅片切割后必须经过严格的清洗，微量的污染也会导致器件失效，而清洗的目的就在于去除硅片表面的污染杂质，包括有机物和无机物。这些杂质有的以原子状态或离子状态，有的以薄膜形式或颗粒形式存在于硅片表面，这些杂质会导致各种缺陷。

随着光伏太阳能电池技术的快速更新替代，单晶硅电池工艺技术路线愈发成熟，促成了P型PERC、N型PERT、N型PERL、TOPCon电池及HJT等电池技术的研发应用。这些高效电池市场占有率逐年递增，并进一步激发了行业对更高效率电池技术开发的热情。随之发展的，行业对硅片表面状况及质量也提出了更高的洁净度要求。目前市面上的清洗剂清洗硅片仍存在很多问题，例如对有机物的去除能力较差、清洗硅片表面吸附的硅粉速度差、清洗后硅片表面残留的清洗剂较多等，这些问题都严重影响了太阳能电池的外观及转换效率。因此，在硅片切割环节，硅片脱胶后清洗显得非常重要，研发出一种新型的硅片清洗剂和硅片清洗方法具有重大的意义。

发明内容

发明目的：本发明提出一种硅片清洗剂，能够快速地清洗掉硅片表面吸附的硅粉，而且清洗后硅片表面残留的清洗剂较少。

本发明还提出了上述硅片清洗剂的制备方法。

本发明还提出了一种结合上述硅片清洗剂的硅片清洗工艺，结合上述硅片清洗剂对硅片进行清洗，能够提高太阳能电池的外观和转换效率。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种硅片清洗剂，由如下质量百分比的各组分制成：无机碱2~6%，氮川三乙酸三钠2~6%，牛油脂肪醇聚氧乙烯醚0.5~6%，十二烷基三甲基氯化铵2~6%，余量为纯水。

优选的，所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

本发明还提供了上述硅片清洗剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量百分比分别称取各组分；

（2）将纯水加入到搅拌釜中，向纯水中加入无机碱、氮川三乙酸三钠、牛油脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基三甲基氯化铵，搅拌均匀，得所述硅片清洗剂。

进一步地，本发明还提供了一种硅片清洗工艺，依次包括采用上述硅片清洗剂清洗硅片、对硅片进行链式氧化烧结以及对硅片进行酸洗。

更具体地，本发明提供的一种硅片清洗工艺，具体包括如下步骤：

（1）硅片于纯水中进行超声波预清洗；

（2）先将本发明上述硅片清洗剂配制成水溶液，再将步骤（1）清洗后的硅片置于水溶液中，进行超声波清洗；

（3）硅片纯水漂洗；

（4）硅片送入链式氧化炉中进行链式氧化烧结；

（5）硅片酸洗；

（6）硅片纯水漂洗后烘干。

优选的，步骤（2）中，所述硅片清洗剂配制成的水溶液的质量百分比浓度为3~6%。

优选的，步骤（2）中，所述清洗的时间为360~900s。

优选的，步骤（4）中，所述链式氧化烧结的温度为300~800℃，时间为180~250s。

优选的，步骤（5）中，所述酸洗所用的酸液为质量百分比浓度分别为5~10%的HF和HCL的水溶液。

优选的，步骤（5）中，所述酸洗的时间为300~480s。

更优选的，步骤（1）、（2）和（3）中的清洗温度均为40~60℃。

由于现有的硅片清洗剂对硅片进行清洗时，硅片表面残留的清洗剂较多，清洗过程中硅粉的脱落速度较慢，而且不能完全去除硅片表面的有机物，进而导致硅片外观异常，硅片制绒时会出现绒面异常或绒面不均匀的现象，大大影响了太阳能电池的转换效率。

本发明的硅片清洗剂，无机碱作为助剂，增强洗涤效果，对油脂类污渍的去除效果良好；氮川三乙酸三钠具有很强的络合能力，对于剥离硅粉具有很强的效果；牛油脂肪醇聚氧乙烯醚具有很强的分散硅粉能力，能加快清洗硅粉的速度；十二烷基三甲基氯化铵作为非离子表面活性剂，且具有快速润湿、渗透力强、去污能力强的特点，使得硅片清洗剂在硅片表面基本无残留。

为了获得表面质量优良和外观洁净的硅片，本发明的硅片清洗工艺，依次包括采用本发明的硅片清洗剂清洗硅片、对硅片进行链式氧化烧结以及对硅片进行酸洗。具体地，采用本发明的硅片清洗剂对硅片进行清洗，能够加快硅片表面硅粉的脱落速度，降低硅片表面清洗剂的残留量；但此时硅片表面仍残留有大量有机物，通过清洗无法去除，本发明进一步对硅片进行链式氧化烧结，使硅片表面的有机物分解和碳化，达到去除硅片表面有机物的目的；链式氧化烧结后进行酸洗，去除氧化烧结过程中硅片表面形成的氧化层，酸洗去除氧化层的同时也去除了硅片表面的金属离子以及高温碳化后的杂质，而且不会对硅片表面产生腐蚀。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明的硅片清洗剂，能够快速地清洗掉硅片表面吸附的硅粉，而且清洗后硅片表面残留的清洗剂很少；

（2）本发明的硅片清洗工艺，使得清洗后硅片表面残留的有机物少，大大提高了硅片的外观合格率，提升了硅片的表面质量，所制成的太阳能电池的转换效率提高了0.03~0.05%。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明提供一种硅片清洗剂，由如下质量百分比的各组分制成：无机碱2~6%，氮川三乙酸三钠2~6%，牛油脂肪醇聚氧乙烯醚0.5~6%，十二烷基三甲基氯化铵2~6%，余量为纯水。其中，无机碱可以为氢氧化钠或氢氧化钾。

本发明还提供了上述硅片清洗剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）按上述硅片清洗剂分组分的质量百分比分别称取各组分，备用；

（2）将纯水加入到搅拌釜中，向纯水中加入无机碱、氮川三乙酸三钠、牛油脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基三甲基氯化铵，搅拌均匀，得所述硅片清洗剂。

进一步地，本发明还提供了一种硅片清洗工艺，包括如下具体步骤：

（1）硅片于40~60℃纯水中进行超声波预清洗3~10min；

（2）先将上述硅片清洗剂配制成质量百分比浓度为3~6%的硅片清洗剂水溶液，再将步骤（1）清洗后的硅片置于硅片清洗剂水溶液中，40~60℃下超声波清洗360~900s；

（3）硅片于40~60℃纯水中漂洗180~360s；

（4）硅片送入链式氧化炉中300~800℃进行链式氧化烧结180~250s；

（5）利用质量百分比浓度分别为5~10%的HF和HCL的水溶液对硅片进行常温酸洗300~480s；

（6）硅片纯水漂洗后烘干。

实施例1

取硅棒切割工序中切割完成且脱胶处理后的硅片，进行清洗，包括如下具体步骤：

（1）取1200片硅片，55℃纯水中进行超声波预清洗360s；

（2）常温下配制质量百分比浓度为3%的硅片清洗剂水溶液；具体地，称取氢氧化钾240g；氮川三乙酸三钠180g；牛油脂肪醇聚氧乙烯醚60g；十二烷基三甲基氯化铵180g；补去离子水至6000g，搅拌均匀得硅片清洗剂；将该硅片清洗剂加入200L水中，配制成硅片清洗剂水溶液；

将步骤（1）清洗后的硅片置于该硅片清洗剂水溶液中，55℃下超声波清洗600s；

（3）硅片于55℃纯水中漂洗360s；

（4）硅片送入链式氧化炉中700℃进行链式氧化烧结190s；

（5）利用质量百分比浓度分别为5%的HF和HCL的水溶液对硅片进行常温酸洗360s；

（6）硅片纯水漂洗1200s后烘干。

实施例2

取硅棒切割工序中切割完成且脱胶处理后的硅片，进行清洗，包括如下具体步骤：

（1）取1200片硅片，50℃纯水中进行超声波预清洗360s；

（2）常温下配制质量百分比浓度为4%的硅片清洗剂水溶液；具体地，称取氢氧化钾320g；氮川三乙酸三钠240g；牛油脂肪醇聚氧乙烯醚160g；十二烷基三甲基氯化铵240g；补去离子水至8000g，搅拌均匀得硅片清洗剂；将该硅片清洗剂加入200L水中，配制成硅片清洗剂水溶液；

将步骤（1）清洗后的硅片置于硅片清洗剂水溶液中，50℃下超声波清洗720s；

（3）硅片于50℃纯水中漂洗360s；

（4）硅片送入链式氧化炉中500℃进行链式氧化烧结210s；

（5）利用质量百分比浓度分别为5%的HF和HCL的水溶液对硅片进行常温酸洗360s；

（6）硅片纯水漂洗1200s后烘干。

实施例3

取硅棒切割工序中切割完成且脱胶处理后的硅片，进行清洗，包括如下具体步骤：

（1）取1200片硅片，45℃纯水中进行超声波预清洗360s；

（2）常温下配制质量百分比浓度为6%的硅片清洗剂水溶液，具体地，称取氢氧化钾480g；氮川三乙酸三钠400g；牛油脂肪醇聚氧乙烯醚240g；十二烷基三甲基氯化铵400g；补去离子水至12000g，搅拌均匀，配制成硅片清洗剂水溶液；将该硅片清洗剂加入200L水中，配制成硅片清洗剂水溶液；

将步骤（1）清洗后的硅片置于硅片清洗剂水溶液中，50℃下超声波清洗720s；

（3）硅片于50℃纯水中漂洗360s；

（4）硅片送入链式氧化炉中500℃进行链式氧化烧结210s；

（5）利用质量百分比浓度分别为5%的HF和HCL的水溶液对硅片进行常温酸洗360s；

（6）硅片纯水漂洗1200s后烘干。

实施例4

同实施例2，不同的是步骤（4）、（5）和（6）改成采用现有的硅片清洗工艺清洗硅片。包括如下具体步骤：

（1）取1200片硅片，50℃纯水中进行超声波预清洗360s；

（2）常温下配制质量百分比浓度为4%的硅片清洗剂水溶液；具体地，称取氢氧化钾320g；氮川三乙酸三钠240g；牛油脂肪醇聚氧乙烯醚160g；十二烷基三甲基氯化铵240g；补去离子水至8000g，搅拌均匀得硅片清洗剂；将该硅片清洗剂加入200L水中，配制成硅片清洗剂水溶液；

将步骤（1）清洗后的硅片置于硅片清洗剂水溶液中，50℃下超声波清洗720s；

（3）硅片于50℃纯水中漂洗360s；

（4）55℃双氧水碱液槽中超声清洗300s；

（5）55℃清水槽中超声漂洗720s；

（6）80℃慢提拉槽中慢提拉180s后烘干。

对比例

同实施例4，不同的是步骤（2）采用现有市售的常州高特公司生产的硅片清洗剂。

太阳能电池生产工序中，检验脱胶清洗后的硅片外观是否清洗干净，需要通过观察制绒后硅片表面出现的白斑和亮点的比例，进而才能判断出硅片外观情况。白斑和亮点出现的比例越高，硅片外观情况越差。将实施例1-4及对比例清洗后的硅片进行制绒，统计硅片表面出现白斑和亮点的概率，以及统计利用该硅片制得的太阳能电池的转换效率，具体见表1。

表1 实施例1-4及对比例的硅片外观情况及电池转换效率

由表1可以看出，实施例4采用本发明的硅片清洗剂结合现有的硅片清洗工艺，清洗后的硅片经过制绒，其表面白斑和亮点的比例从0.150%下降至0.100%，硅片外观良好，所制成的太阳能电池的转换效率稍优于对比例中现有的硅片清洗剂。由表1还可以看出，实施例1-3采用本发明的硅片清洗剂结合本发明的硅片清洗工艺，清洗后的硅片经过制绒，其表面白斑和亮点的比例从0.150%下降至0.030%，硅片外观优良，大大提升了硅片的外观合格率，而且所制成的太阳能电池的转换效率比现有的硅片清洗剂及清洗工艺提高了0.03~0.05%。