本项目属于无害化清洁生产与循环经济的关键技术的研究与应用。是为太阳能单晶硅电池片表面制备绒面结构,形成的绒面结构不仅可以降低表面的反射率,而且还可以在电池的内部形成光陷阱,从而显著地提高太阳电池的转换效率。
目前, 单晶 Si 制绒工艺最常用的是化学腐蚀法,普遍使用的是 NaOH/异丙醇(isopropylalcohol,IPA)体系。该体系一般用一定浓度的 NaOH 溶液中添加一定比例的 IPA 和硅酸钠,在 75~95 ℃下将单晶硅腐蚀 30min,便在单晶硅表面得到具有理想的金字塔结构的绒面。该化学腐蚀法因成本低、生产率高且方法简单,一直在产业上广泛应用。但是该方法也有致命的缺点,那就是:
(1)IPA 在 75~95℃下具有很高的挥发性,所以必须持续添加,这就使得这个制绒体系随着生产的持续发生很大的改变,从而影响到生产的稳定性和持续性,且反应过程中 IPA 会大量的挥发形成易爆、易爆、有毒的混合气体,这种混合气体不但会造成的周边的环境污染,而且还存在极大的安全隐患,这些问题亟待解决。
(2)NaOH 或 KOH 在在织构化的过程中容易在单晶硅片表面留下残留,影响外观和光电转化效率,且高温下 NaOH 或 KOH 对制绒设备有较强的腐蚀性减少了制绒设备的使用寿命。
(3)溶液中含金属离子, 会增加反应时间长(一般为 30~40 min)。
鉴于此我们开始研究开发一种新型“环保、无毒、无废气”的高效太阳能单晶硅片制绒液技术,在此制绒液的基础上为 P 型 M10 -165μm 单晶硅片开发全新的制绒工艺。此种制绒液采用我们自主研发的高分子有机物代替IPA,混合有机碱代替NaOH或KOH,并在溶液中加入适量的表面活性剂,提高绒面的平整度和均匀性,降低表面反射率。混合有机碱中不含金属离子,且具有与NaOH接近的腐蚀选择比,并且在硅片表面形成的绒面上的金字塔的尺寸更小,腐蚀速率快,腐蚀表面效果好,无毒无污染。本制绒液配合全新的制绒工艺将为P型M10 -165μm单晶硅提升光电转化效率做出有益的贡献。
本项目用混合有机碱(三乙醇胺和四甲基氢氧化铵)替代原有工业生产中所用的NaOH或KOH,混合有机碱具有无硅片表面残留,且具有缓释效果,从而很好的解决了以下问题:
(1)NaOH或KOH在织构化的过程中容易在单晶硅片表面留下残留影响外观和光电转化效率。
(2)高温下NaOH或KOH对制绒设备有较强的腐蚀性。
该混合有机碱具有不容易在单晶硅片制绒过程中造成单晶硅片表面留下残留的特点,从而提高了产品的成品率,显著提高了光电转换效率,降低了制绒成本。该混合有机碱中有缓蚀剂成分,能有效的防止高温下碱对制绒设备的腐蚀,从而延长了设备的使用寿命,降低了生产成本。从我们的前期研究经验估算,有机碱的不残留性节约制绒成本5%左右,有机碱防止高温下对设备的腐蚀一项节约制绒成本3%左右。
本项目用研制的新型活性剂取代异丙醇,从而消除异丙醇低沸点造成的制绒液不稳定性,且解决了反应过程中由于异丙醇的添加所形成的以下问题:
(1)形成易爆的混合气体存在安全隐患。
(2)IPA价格昂贵,有毒,污染环境。
该新型活性剂为两性表面活性剂,同样起到降低表面张力,增加硅片浸润性及帮助氢气泡脱附的作用。该新型活性剂的使用彻底的实现了“环保、安全、稳定、高效”的太阳能单晶硅片制绒体系的形成,此体系不仅解决了以往工业生产中制绒体系的缺点,而且还提高了制绒后的光电转化效率,降低了制绒过程的生产成本,这些都将为太阳能产业腾飞做出巨大的贡献。从我们的前期研究经验估算就新型高分子有机活性剂取代高挥发性及昂贵的IPA节约制绒成本10%左右。节约制绒成本=不残留性节约成本+防止设备的腐蚀节约成本+新型活性剂取代IPA节约成本=5%+3%+10%=18%;同时我们的产品还将减少企业在安全防护及环境保护方面的大量投入,这些经济效益和环境效益都是巨大和无法估量的。
综上所述,本项目具有经济效益明显,环境效益突出,社会效益显著的特点。