表面活性劑在太陽(yáng)能硅片清洗中的應(yīng)用

1、中國(guó)工程院第場(chǎng)工程科技論壇論文集表面活性劑在太陽(yáng)能硅片清洗中的應(yīng)用侯軍，康仁科，郭東明，彭孝軍（大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連：大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連；大連三達(dá)奧克化學(xué)股份有限公司，遼寧大連）摘要：介紹了我國(guó)太陽(yáng)能硅片發(fā)展現(xiàn)狀及硅片清洗技術(shù)，討論了硅片清洗對(duì)表面活性劑的要求及表面活性劑在清洗中的作用原理，綜述了表面活性劑在硅片清洗中的應(yīng)用，并提出了硅片清洗用表面活性劑的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能硅片；清洗；表面活性劑：應(yīng)用，（，；，；，）：，：；：（）國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能電池硅片發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前，能源問(wèn)題日益成為制約各國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種清沽而又取之不竭的新

2、能源，正在受到人們的高度關(guān)注。太陽(yáng)能電池的研制和開(kāi)發(fā)是近些年來(lái)發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。自年美國(guó)實(shí)驗(yàn)室首次制備了硅太陽(yáng)能電池以來(lái)，硅太陽(yáng)能電池一直是研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，并得到了廣泛發(fā)展】。年，硅太陽(yáng)能電池占全球太阿能電池市場(chǎng)份額，今后很長(zhǎng)一段時(shí)間將繼續(xù)處于主導(dǎo)地位。近幾年來(lái)，我國(guó)太剛能電池產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，年產(chǎn)量?jī)H有，年達(dá)到了占世界總量的，位居世界第一。目前，已形成了由硅原料、硅片、太料能電池和模組制造與光伏發(fā)電的完整產(chǎn)業(yè)鏈。硅片是制備太阿能電池的核心材料，太能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展極人帶動(dòng)了太阡能硅片的市場(chǎng)需求。年，在無(wú)錫尚德等國(guó)內(nèi)太剛能電池生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量提升的帶動(dòng)下，我國(guó)太岡能電池硅片產(chǎn)業(yè)保

3、持高速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，年太阿能電池硅片的需求量達(dá)劍億平方英寸，增率連中國(guó)工程院第場(chǎng)工程科技論壇論文集續(xù)年超過(guò)。經(jīng)近年的發(fā)展，我國(guó)已成為全球太陽(yáng)能硅片產(chǎn)能最大的國(guó)家，生產(chǎn)企業(yè)以江西賽維、洛陽(yáng)中硅為代表，共有近家企業(yè)，其中賽維是亞洲最大的太陽(yáng)能硅片生產(chǎn)企業(yè)。太陽(yáng)能硅片清洗技術(shù)及現(xiàn)狀硅片表面污染物的形成及種類硅片的制造工藝是組成太陽(yáng)能電池總工藝的關(guān)鍵部分，硅片的表面狀態(tài)及污染物去除程度直接影響到成品太陽(yáng)能電池發(fā)電效率、斷路電壓、短路電流、使用壽命等性能【。太陽(yáng)能硅片的制造主要包括切割、清洗與制絨等工序。硅片在切割工藝后，由于硅片表面層原子因垂直切片方向的化學(xué)鍵被破壞成為懸空鍵，極易被氧化，形成自

4、然氧化層，同時(shí)，表面容易吸附各類雜質(zhì)，如有機(jī)污染物、顆粒、無(wú)機(jī)雜質(zhì)、金屬離子等，圖為硅片表面吸附示意圖。圖硅片表面吸附狀態(tài)太陽(yáng)能硅片污染物主要來(lái)源于硅片切割工藝中于硅片接觸的外部媒介，主要包括：硅片切割成型過(guò)程中的污染、環(huán)境污染、水造成的污染、切削漿料帶來(lái)的污染、工藝本身造成的污染和人體造成的污染等。根據(jù)污染物產(chǎn)生的原因。大致可將它們分為有機(jī)物雜質(zhì)、無(wú)機(jī)雜質(zhì)、顆粒、金屬污染物四類。（）有機(jī)物雜質(zhì)：在硅片上以多種方式存在，如切削液、人的皮膚油脂、潤(rùn)滑油等。（）無(wú)機(jī)雜質(zhì)：主要是硅片氧化形成的自然氧化層。（）顆粒：主要是一些切削漿料中的碳化硅粉、硅粉、灰塵等。顆粒的存在會(huì)造成太陽(yáng)能硅片電池短路或降低

5、硅片的發(fā)電效率。（）金屬污染物：在硅片上以范德華引力、共價(jià)鍵以及電子轉(zhuǎn)移等種表面形式存在。這種玷污會(huì)破壞極薄的氧化層的完整性，增加漏電流密度。太陽(yáng)能硅片清洗技術(shù)硅片清洗是太陽(yáng)能制造中最重要的步驟，清洗的潔凈度直接影響到電池的發(fā)電效率等性能。硅片清洗需要滿足以下幾方面的要求：）對(duì)硅表面腐蝕適中并均勻，獲得均一的表面；）能去除有機(jī)污染、金屬離子、顆粒等污染；）清洗持久能力強(qiáng)；）對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，環(huán)保，易生物降解。自世紀(jì)年代以來(lái)，硅片清洗廣泛使用的是和提出的（美國(guó)無(wú)線電公司）清洗技術(shù)【，主要采用酸、堿、雙氧水等化學(xué)試劑，清洗效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重。目前在含表面活性劑的水基清洗液介質(zhì)中，利用超聲波清洗太陽(yáng)

6、能硅片是最主要的一種清洗方法。在我國(guó)太陽(yáng)能硅片制造企業(yè)中，全部采用全自動(dòng)超聲波清洗工藝，有的清洗工藝中設(shè)計(jì)有噴淋清洗工序。同時(shí)，根據(jù)硅片表面的雜質(zhì)種類，也適當(dāng)選擇機(jī)械擦洗法、溶液浸泡法去除硅片表面的污中國(guó)工程院第場(chǎng)工程科技論壇論文集染物。我國(guó)太陽(yáng)能硅片制造企業(yè)采用的全自動(dòng)超聲波清洗工藝主要有道工序，其中有道工序需要用含表面活性劑的水基清洗劑。典型清洗工藝如圖所示。純水預(yù)洗純水預(yù)沈清洗清洗超聲波超聲波超聲波超聲波純水漂洗純水漂洗純水漂洗超聲波超聲波超聲波圖典型硅片清洗工藝流程表面活性劑在太陽(yáng)能硅片清洗中的應(yīng)用硅片清洗對(duì)表面活性劑的要求太陽(yáng)能硅片清洗液主要由表面活性劑組成，表面活性劑在去除污染物方

7、面起著重要作用。清洗的基本思路是通過(guò)表面活性劑控制污染雜質(zhì)在硅片表面吸附狀態(tài)，使表面吸附長(zhǎng)期處于易去除的物理吸附狀態(tài)下。表面活性劑需滿足如下要求：）具有較小的降低表面張力和界面張力的能力；）滲透力強(qiáng)；）形成泡沫能力差；）具有很好的乳化性和乳化穩(wěn)定性：）具有優(yōu)良的分散性：）易生物降解。表面活性劑作用機(jī)理其基本原理為：將切割的硅片置于含表面活性劑的清洗液中，表面活性劑分子吸附在油污等雜質(zhì)表面，進(jìn)而滲透到雜質(zhì)與硅片表面之間，通過(guò)乳化、分散等作用，將雜質(zhì)從硅片表面解吸到溶液中，表面活性劑分子在硅片表面形成一層穩(wěn)定的分子膜，阻止雜質(zhì)的再吸附。作用機(jī)理如圖所示。一玉！。二出一一，丁，慧一圖表面活性劑作川機(jī)

8、理中國(guó)工程院第場(chǎng)工程科技論壇論文集表面活性劑的應(yīng)用表面活性劑素有“工業(yè)味精”之稱，在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用【隨著我國(guó)太陽(yáng)能硅片行業(yè)的迅猛發(fā)展，也帶動(dòng)了硅片清洗用表面活性劑的廣泛應(yīng)用，目前主要采用烷氧基型非離子表面活性劑、嵌段聚醚型表面活性劑和糖苷類生物質(zhì)表面活性劑。在硅片清洗中，烷氧基型非離子表面活性劑應(yīng)用較廣泛，主要有脂肪醇聚氧乙烯非離子表面活性劑、羰基醇聚氧乙烯非離子表面活性劑、異構(gòu)醇聚氧乙烯非離子表面活性劑、脂肪胺烷氧基表面活性劑、封端的脂肪醇烷氧基表面活性劑，要求具有低泡、高清洗能力、殘留低等特點(diǎn)。嵌段聚醚型表面活性劑屬于非離子高分子表面活性劑，其分子由親水鏈段和疏水鏈段組成，具有優(yōu)良的

9、表面活性、滲透潤(rùn)濕性和乳化分散性，能極大提高清洗能力【目前研究及應(yīng)用較多的是環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷（）和環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷（）二嵌段類共聚物【】隨著對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，這就要求開(kāi)發(fā)生物降解性好的硅片清洗液。烷基糖苷（）有優(yōu)良的表面活性，性能溫和，生物降解迅速完全，是典型的綠色表面活性劑，在硅片清洗中的應(yīng)用已越來(lái)越廣。盡管表面活性劑在硅片清洗中得到了廣泛應(yīng)用，但是，的表面活性劑均從國(guó)外進(jìn)口，因此，國(guó)內(nèi)表面活性劑生產(chǎn)企業(yè)需要搶抓機(jī)遇，研究開(kāi)發(fā)功能性強(qiáng)的新型表面活性劑，從而在太陽(yáng)能行業(yè)的應(yīng)用中占有一席之地。結(jié)論與展望我國(guó)已成為世界最大的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)，隨著國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，必將得到更快的發(fā)展，表

10、面活性劑在太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用將成為一大熱點(diǎn)。太陽(yáng)能硅片清洗工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將向著有利于環(huán)境保護(hù)、節(jié)能、節(jié)水和高效的方向發(fā)展，而這主要取決于表面活性劑的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好、易生物降解、溫和型和功能型的表面活性劑將成為我國(guó)表面活性劑工業(yè)的重點(diǎn)。進(jìn)一步發(fā)展生物質(zhì)表面活性劑、嵌段聚醚高分子表面活性劑及雙親水基等一些功能型特殊表面活性劑等，使其盡快形成一定的生產(chǎn)能力。另一方面，隨著我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體電子材料對(duì)表面活性劑的需求也更加迫切，市場(chǎng)更加廣闊。然而，半導(dǎo)體行業(yè)所用表面活性劑全部依賴從國(guó)外進(jìn)口，我國(guó)無(wú)論在表面活性劑種類還是質(zhì)量上均不能滿足半導(dǎo)體行業(yè)的要求。因此，我國(guó)必須加大表面活性劑的開(kāi)發(fā)力度，拓寬表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域，探索其在太陽(yáng)能電池和半導(dǎo)體行業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，使我國(guó)真正步入表面活性劑強(qiáng)國(guó)。參考文獻(xiàn)：】，：【】【】，（）：【】有研半導(dǎo)體材料股份有限公司供稿中國(guó)硅材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析】中國(guó)集成電路，（）：【】，：】