1、2023年第 2期 工 程 师 园 地 硅 片 作 为 太 阳 能 电 池 的 核 心部 件，其 表面 各 种 各 样 的 污 垢 会 影响 后 续 的 电 池 制 绒 和 扩 散 工艺，同 时 残留 在 硅 片 的 重 金 属 离 子 会 击 穿 硅 片 表面 薄 层，产生 晶 格 缺 陷 并 降 低 硅 片 光 能 转 化效 率。因此，对 于 高效 太 阳 能 电 池 而 言，硅 片 的表面 清洁 处 理 十 分 关 键 1。在 硅 片 的 清 洗 工艺 中，要 求 清 洗 剂 要 有 很好 的 金 属 离 子 清 洗 作 用，特别 是 针 对 铁、铜、镍 等 金 属 离 子，同 时 要
2、具有优异的 防 止污 垢 沉 积的 作 用 2。喜 赫 PO嵌 段 脂 肪 酸甲酯 乙氧基 化 物 FMEE 及其 磺酸 盐 FMES 具有良 好 的 污 垢剥 离 作 用，适 用于中低温 条 件 下 对 各 种 油 污 的 清 洗，同 时具有优异的 分 散 作 用，可 以 将 Si 粉、油 污 膨胀 松 动 有 利 于 清 洗 3，将 喜 赫 FMEE 和 FMES 作 为 硅 片 清 洗 剂的 清 洗 成分，复配 阴 离 子 型 渗 透 剂 伯 烷 基 磺酸 钠 PAS，金 属 离 子 去 除 剂无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠，烷 基 糖 苷 APG，并 通 过 正 交 实验
3、 确 定 5种 原 料的 最佳 配 比。1 实验部分 1.1 主 要试剂与仪器 PO嵌 段 FMEE、FMES、无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠、伯 烷 基 磺酸 钠 PAS，均 为 工 业 级，上 海 喜 赫 精 细化 工 有 限公司；APG0810（工 业 级 上 海 清 奈 实 业 有 限公司）；机 械 油、切 削 液，上 海 明 威 润 滑 油 有 限公 司；KOH、Na2CO3、Na2SiO3 5H2O、NaOH，均 为 分析 纯，国 药 集团 化 学试 剂有 限公司；156mm 156mm，4.7W硅 片，济 南 中 威 光 伏 材料 制 造 有 限公司；纳米 Fe2O
4、3粉、纳米 Cu 粉、纳米 Si 粉，工 业 级，上 海 允 复 纳米 科 技 有 限公司。光 伏 硅 片 无 磷 清 洗 剂 的 配 方 设 计 与 应 用 王成 信（上海 喜赫 精 细 化工 有 限 公司，上海 201620）摘 要：太 阳 能 级 硅 片 在 金 刚 线 切割 和 打 磨 过程 中会 受 到 严 重 沾 污，需 要采 用 物理 或 化 学方 法 去 除 其 表 面的 污 染 物，以 符 合 洁 净度 和 表面 状 态 的 要 求。为 减少 对 硅 片 的 过 度 腐蚀 以 及 保持 清 洗 工 作液 的 持 久 性，通 过 正 交 实验，确 定 了表面 活 性剂 A组 分
5、 和 碱 剂 B组 分 的 最佳 配 比。表面 活 性剂 A组 分 最佳 配 比为无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠 PO 嵌 段 FMEE 喜 赫 FMES 伯 烷 基 磺酸 钠 PAS 烷 基 糖 苷 APG=7 8 3 5 3。碱 剂 B组 分 最佳 配 比为 KOH NaOH Na2SiO3 5H2O Na2CO3=3 1 2 2，产 品环 保、无 磷、碱 性 适 中，清 洗 时间 短，对 Si粉 和金 属 氧 化 膜 去 除效 果 好，洗 后的 Si片 表面 光 滑 无 凹 坑、线 痕 等 现象。关键词：硅 片；无 磷；复配；腐蚀；耐久 性 中图分类号：TN305.2 文献
6、标识码：AFormulation design and application of phosphorus-free cleaning agent for solar silicon wafer WANG Cheng-xin（Shanghai Xihe Fine Chemical Co.,Ltd,Shanghai 201620,China）Abstract:The silicon wafer will be heavily contaminated by diamond wire in cutting and grinding process,so it is necessary to use
7、 physical or chemical methods to remove the surface dirt.In order to reduce the excessive corro sion of silicon wafers and maintain the durability of solution,the optimum ratio of surfactant A and alkali agent Bwas determined by orthogonal experiment.The optimum ratio of surfactant A:non-phosphorus
8、EDDHA-Na Po block FMEE FMES primary sulfonate sodium PAS APG=7 8 3 5 3.The optimum proportion of alkali agent B potassium hydroxide sodium hydroxide sodium metasilicate sodium carbonate=3 1 2 2.The product is environmen tally friendly,phosphorus-free,moderately alkaline,with short cleaning time and
9、good removal effect for silicon powder and metal oxide film,the surface of the cleaned silicon wafer is smooth without pits and line marks.Key words:silicon wafer;non-phosphorus;mixing;corrosion;durability DOI：10.16247/ki.23-1171/tq.20230285收稿日期：2022-04-18作者简介：王 成 信（1969-），男，工 程 师，1993年 毕 业 于 青岛 大学，
10、大学 本 科，主要 从 事 民 用 与 工 业 洗涤 用 品 的研发 与应 用。Sum329No.2化 学 工 程 师 Chemical Engineer 2023年第 2期2023年第 2期 XPR 型精 密 电 子 天平（梅 特 勒-托 利 多）；GVK-30L 型 单 槽 超声波 摆 洗 机（深 圳 市 够 威 电器 有 限公 司）；pH 计（苏 州 凯 斯 特 工 业 设 备有 限公司）。1.2 油污 试 片 的制备与 测 试方法 1.2.1 硅 片 污 垢 配 制 称 取 6g 纳米 Fe2O3、6g 纳米 Cu 粉、2g 纳米 SiC 和 6g 纳米 Si粉，混合 后 充 分 研
11、磨，用 200目 标准 分 样 筛筛 取 磨 料，置 于烧 杯 中 并 加 入 40g 机 械 油 和 40g 切 削 液 搅拌，使 固 体 颗粒 与 机 械 油 充 分 接 触 并 混合 均匀 备用，将 准 备 好 的 硅 片准 确 称 重 m 0，浸 入 人 造混合 污 垢 中 静 置 5min，取 出 后 烘 箱 180 烘 烤 1h 并 准 确 称 重 m 1。1.2.2 清洁 率 清 洗 后的 试 片 于 80 烘 干，室 温 保 持 24h 后 称 重 质 量为 m 2。清洁 率 的 计 算 公 式 为：清洁 率=1-（m 2-m 0）/（m 1-m 0）100%1.2.3 缓 冲
12、 碱 度 B 通 过 甲 基 橙 指 示 剂 测 M 碱 度，酚 酞 指 示 剂 测 量 P 碱 度。缓 冲 碱 度 B的 计 算 公 式 为：缓 冲 碱 度 B=（M 碱 度-P 碱 度）/浓度 1.3 清洁 工 艺 将 硅 片悬 挂 浸 入 温度为 45 的脱 脂 工 作液 中，超声波 功 率 600W，声频 28kHz，浸渍 3min 取 出 后 继 续 在 清 水 中 摆 洗 10次 并 沥 干。2 结果与讨论 2.1 正交 试验 因素水平 的 确定 喜 赫 PO嵌 段 FMEE能 降 低 硅 片 表面 张 力，具 有 润 湿 力 强，泡 沫 低的 特 点，分子 链 结 构 中有 末
13、端 甲 基和 引 入 的 环 氧 丙 烷甲 基，在 硅 片 表面的吸附 力 较 弱，易 于 漂 洗 并 减少 在 硅 片 表面的 残留。喜 赫 FMES具有优异的 分 散 性，有 利 于 溶 胀 硅 片 表面的 Si粉 和 氧 化 膜，并 能 提 高 清 洗 工 作液 的 耐久 性 4。伯 烷 基 磺 酸 钠 PAS能 提 高 清 洗 体 系 的 渗 透 力，帮 助 工 作液 渗 透 入 硬 表面 和 污 垢 的结 合 处，对 污 垢 起 到 剥 离 作 用。无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠 对 铜 铁 镍 有优异的 螯 合 力，铁 离 子 的 螯 合 值 为 200mg g-1，
14、可 以有效的 螯 合 工 作液 中的 金 属 离 子，易 于 溶 解 沉 积于 硅 片 表面不 溶 于 水 的 金 属 皂 盐，减少 金 属 离 子 的 沾 污，避免 重 金 属 离 子 扩 散 到 硅 片 内部，导致 露 电 现象发生 5。烷 基 糖 苷 APG 具有一 定 的 清 洗 性，并 能 提 高 体 系 的 耐 碱 性 6。以 PO嵌 段 FMEE、喜 赫 FMES、无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠、伯 烷 基 磺酸 钠 PAS、APG 为 因 素 确 定 了 正 交 试 验 因 素 水 平 见 表 1。2.2 各 因素对 清洁 率 的影响 通 过 上 述 正 交 试
15、验 测 试，结 果 见 表 2，极 差分析 结 果 见 表 3。由表 3可 见，对 清洁 率 的 影响 因 素 排 序 为 PO嵌 段 FMEE无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠 喜 赫 FMES伯 烷 基 磺酸 钠 PASAPG。喜 赫 PO嵌 段 FMEE为 C18长 碳 链 结 构，与 各 种 油 污 有 相似 的 碳 烃 结 构，根 据 相似相 溶原理，FMEE对 油 污 有优异的增 溶作 用 7，在低温 条件 下 更 容 易 清 洗 有机 污 垢，因 此，具有优异的除 油 乳 化性能的 FMEE对 硅 片 清 洗 影响最大。无 磷 乙 二 胺 二 邻 苯 基乙 酸 钠 ED
16、DHA-Na的 螯 合 与分 散 性能优异，分子 结 构 中含有 2个 配 位 体，可 以 与 钙 镁 铁 铜 等 金 属 离 子形成 稳 定 的 六 元 环 表 1 正交 试验 因素水平表 Tab.1 Design of orthogonal test 水 平 用量/g L-1（A）FMEE（B）FMES（C）EDDHA-Na（D）PAS-80（E）APG1 2 2 2 2 22 4 4 4 4 43 6 6 6 6 64 8 8 8 8 8项 目（A）（B）（C）（D）（E）清 洗 率/%1 2 2 2 2 2 62.352 2 4 4 4 4 66.573 2 6 6 6 6 69.31
17、4 2 8 8 8 8 74.185 4 2 4 6 8 69.936 4 4 2 8 6 68.557 4 6 8 2 4 77.728 4 8 6 4 2 76.379 6 2 6 8 4 73.0310 6 4 8 6 2 82.5911 6 6 2 4 8 75.6312 6 8 4 2 6 73.9113 8 2 8 4 6 81.3514 8 4 6 2 8 78.3015 8 6 4 8 2 76.8616 8 8 2 6 4 75.78表 2 正交 实验结果 Tab.2 Results of orthogonal test 表 3 正交 试验 极 差 分 析 Tab.3 Range analysis of orthogonal test 项 目 A B C D E清 洗 率 均 值 1 68.102 71.665 70.578 73.070 74.543均 值 2 73.143 74.002 71.817 74.980 73.275均 值 3 76.290 74.880 74.252 74.403 73.280均 值 4 78.072 75.060 78.960 73.155 74.510极 差 9.970 3.395 8.382 1.910 1.268王成 信：光 伏 硅 片 无 磷 清 洗 剂 的 配方 设计 与 应 用 86
