1、2022 年第 53 卷第 8期 收稿日期：2022-06-14作者简介：王成信（1969-），男，本 科，主要从事 民 用 与 工 业洗涤 用品的研发 与 应用。E-mail:。太阳能硅片清洗 剂的研究 与配方设计 王成 信（上海喜赫 精细化工有限公司，上海 201620）摘 要：太阳能硅片在金刚线切割 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。为了 减少 对 硅片 的过 度腐蚀 以及 保持硅 片清洗 工作 液 的 持久性，通 过正 交试验，确定 了 表面活性剂 A 组分 和 碱剂 B 组分 的
2、 最佳配比。表 面活性剂 A 组分 的 最佳配比 为：乙二 胺 二 邻苯 基乙酸 钠、PO 嵌 段 FMEE、FMES、伯 烷基 磺 酸 钠（PAS）和烷基 糖苷（APG）的 质量 比 为 7:8:3:5:3。碱剂 B 组分 的 最佳配比 为：氢氧化 钾、氢氧化 钠、偏 硅 酸 钠 和 碳 酸 钠 的 质量 比 为 3:1:2:2。以 A 组分 和 B 组分组成 的 硅片清洗剂 环 保、无磷、碱性 适 中，清洗 时 间 短，对 硅 粉和 金 属 氧化 膜 去除 效果 好，洗 后 的 硅片表面 光滑无凹坑、线 痕 等 现象。关键词：硅片；清洗剂；复 配；腐蚀；耐 久性 文章编号：1006-418
3、4（2022）08-0009-05新 能 源 太阳 能 硅 片 经 切 割 研 磨 加 工 后，表 面 会 粘 附 油 污、粉 尘 和 金属 离 子 等 污垢，这些污垢 通 常 以 原 子、粒 子 或 膜 的 形 式 通过 化 学或 物 理 吸附 的 方 式 存 在 于 硅 片表 面，污垢 会 影响 后 续 的 硅 片 制 绒 效 果，同 时 残留 的 重 金属 离 子 会 击 穿 硅 片表 面薄 层，产 生 晶 格 缺陷 并 影响 光 能 转 化 效 率 1。在 太阳 能 硅 片 的 清 洗 工艺 中，清 洗剂 应 对 金 属 离 子有 较 好 的 清 洗 作 用，特 别 是 针对 铁、铜、
4、镍 等 金属 离 子，同 时 要 具 有 优 异 的 防 止 污垢 沉 积 的 作 用 2。环 氧丙烷（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 硅 粉、油 污 膨胀松 动，有 利 于 清 洗 3。以 本公司 PO 嵌段 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 乙二 胺 二 邻 苯 基乙酸钠（ED
5、DHA-Na）、烷基 糖 苷（APG）制得 表 面 活 性剂 A组 分，通过 正 交试验 确 定五 种原 料 的 最 佳 配 比。为 了 进一 步 提 高硅 片 清 洗剂 的 清 洗 效 果，以氢氧化 钾、氢氧化 钠、偏 硅 酸钠、碳 酸钠制得 碱 剂 B组 分，通过 正 交 试验 确 定 四种碱 剂 最 佳 的 配 比。1 实验部 分 1.1 主 要 试剂与仪器 试 剂 与 材 料：PO 嵌段 FMEE、FMES、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
6、司；机 械 油、切 削 液，上 海 明 威润滑 油 有 限公司；氢氧化 钾、碳 酸钠、五 水 偏 硅 酸钠、氢氧化钠，分 析 级，国 药 集 团 化 学 试 剂 有 限公司；硅 片，尺寸 156 mm 156 mm，功 率 4.7W，济南 中 威 光 伏 材 料 制 造 有 限公司；纳米 氧化 铁 粉、纳米铜 粉、纳米 硅 粉，工业 级，上 海 允 复 纳米 科 技 有 限公司。仪 器：XPR 精 密 电 子 天平，梅 特 勒-托 利 多 科 技（中 国）有 限公司；GVK-30L 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
7、.2 油污试片的 制备 9-Vol.53 No.8（2022）ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY序号 1234567891011A11112222333B12341234123清洁率/%62.3566.5
8、769.3174.1869.9368.5577.7276.3773.0382.5975.63E12344321214D12343412432C12342143341称 取 6 g纳米 氧化 铁红、6 g 2 nm 铜 粉、2 g纳米 碳 化 硅 和 6 g纳米 硅 粉，混合后 充 分 研 磨，用 200目标 准 分 样 筛筛 取 磨 料，置 于 烧 杯 中并加入 40 g机 械 油 和 40 g切 削 液搅拌，使固体 颗 粒 与 机 械 油 充 分 接 触 并混合 均匀,制得 人 造 混合 污垢,备 用。将 准 备 好 的 硅 片准 确 称 重 为 m 0，浸 入 人 造 混 合 污垢 中 静
9、 置 5 min，取 出 后 放 入 烘 箱，于 180 下 烘 烤 1 h，得 到 油 污试片，准 确 称 重 为 m 1。1.3 清洁 工艺 将 油 污试片 悬挂 浸 入温度为 45 的 脱 脂 工 作 液中，超 声波功 率 为 600 W，声 频 为 28 kHz，浸 渍 3 min，取 出 后 继续 在 清 水中 摆 洗 10次 并 沥 干。1.4 测试 方法 1.4.1 清洁 率 将 清 洗 后的 试片 在 80 下 烘 干，然 后在室温 下保 持 24 h，称 重 为 m 2。硅 片 清 洁 率 的 计 算 公 式 如 下：清 洁 率=1-（m 2-m 0）/（m 1-m 0）10
10、0%1.4.2缓冲 碱度 B通过 甲基 橙指示 剂测 M 碱 度，酚酞指示 剂测 P碱 度，缓冲 碱 度 B=（M 碱 度-P碱 度）/浓度。2 结果与讨论 2.1 PO 嵌段 FMEE、FMES、PAS、EDDHA-Na、APG 正交试验 因素水 平的确定 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。FMES 具 有 优 异 的分 散 性，有 利 于 溶 胀 硅 片表 面 的 硅 粉
11、 和 氧化 膜，并 能 提 高 清 洗 工 作 液的 耐 久 性 4。PAS能 提 高 清 洗体 系 的 渗 透 力，强 化 工 作 液 渗 透 至 硬 表 面 和 污垢 的结合 处，对 污垢 起 到 剥 离 作 用。EDDHA-Na 对 铜、铁、镍 离 子有 优 异 的 螯 合 力，铁 离 子的 螯 合 值 为 200 mg/g，可 以有 效 地 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，发生 漏 电 现 象 5。APG具 有 一定 的 清
12、 洗性，并 能 提 高 体 系 的 耐碱 性 6。以 PO 嵌段 FMEE、FMES、EDDHA-Na、PAS、APG为 因 素 确 定 了 正 交试验 因 素 水 平 如 表 1，试验 测 试 结 果 与 极 差 分 析 见 表 2。表 1 正 交试验 因素 水 平 表 Tab.1 Design of orthogonal test 水 平 1234(A)FMEE 用 量/（g L-1）2468(B)FMES 用 量/（g L-1）2468（E）APG 用 量/（g L-1）2468(D)PAS用 量/（g L-1）2468(C)EDDHA-Na 用 量/（g L-1）2468表 2 正 交
13、试验 结 果 Tab.2 Results of orthogonal test 10-2 022 年第 53卷第 8 期 序号 1213141516K1K2K3K4RA3444468.10273.14376.29078.0729.970B4123471.66574.00274.88075.0603.395清洁率/%73.9181.3578.3076.8675.78E3341274.54373.27573.28074.5101.268D1214373.07074.98074.40373.1551.910C2432170.57871.81774.25278.9608.382水 平 123(A)碳
14、酸 钠/（g L-1）51015(B)氢氧化 钠/（g L-1）51015(D)氢氧化 钾/（g L-1）51015(C)偏硅 酸 钠/（g L-1）51015表 3 正 交试验 因素 水 平 表 Tab.3 Design of orthogonal test 表 4 正 交试验 结 果 Tab.4 Results of orthogonal test 序号 12A11B12缓 冲碱度 6.938.15D12C12由 表 2 可 知，各因 素 对 清 洁 率 的 影响 排 序 为:PO嵌段 FMEE EDDHA-Na FMES PAS APG。PO嵌段 FMEE 为 十 八 碳 长 碳 链 结
15、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 除 油 乳 化 性 能 的 FMEE 对 硅 片 清 洗 影响 最 大。EDDHA-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 元环状 结构 络 合物，将 非 水溶 性 的 金属 皂 分 解 的 同 时，有 利 于 将 紧贴 在 硬 表 面 的氧化 膜 层分 散 开，削 弱 了 氧
16、化 膜 与硅 片表 面 的结合 力，最 终 污 垢 被 进一 步 松散 而 去除 8。其 对 硬 表 面 的 薄 层 致 密 金属 层 清 洗 影响也 较大。FMES 分 散 性 能优 异，可 以 抑 制 工 作 液中 各 种 污垢 和 重 金属 离 子 再 次 沉 积 于 硅 片表 面 8。PAS渗 透 力 出 众，能 协 助 清 洗 工 作 液 沿 污垢 边 缘 进 入 污垢 与 硬 表 面 的结合 处，降低 污垢 在 硬 表 面 的 附 着 力，对 各 种 污垢 有 卷 离 作 用 9。APG 主要起 到 抗耐碱作 用，对 清 洗 效 果影 响 最 小。通过 正 交试验 分 析，PO嵌段
17、 FMEE 与 ED DHA-Na 对 清 洗性 能 影响 最 明 显，FMES 和 PAS次 之，APG 影响 最 小。参考 表 2 中 清 洁 率 最高 的 10号 和 13号 实 验，得 到 最 优 化的用量：PO嵌段 FMEE 用量为 7 g/L，EDDHA-Na 用量为 8 g/L，FMES 用量为 3 g/L，PAS用量为 5 g/L，APG 用量 为 3 g/L。根据 上述 用量，将 PO嵌段 FMEE、ED DHA-Na、FMES、PAS、APG 五 种原 料 按 照 7:8:3:5:3（质量 比）复 配 制得 硅 片 清 洗剂 的 表 面 活 性剂 A组 分。2.2 碳 酸
18、钠、氢氧化 钠、五 水 偏硅 酸 钠、氢氧化 钾 正交试验 因素水 平的确定 在 硅 片 清 洗 中，碱 的 作 用 非 常明 显，既 能 协 助 表 面 活 性剂 起 到 助 洗 作 用，也 能 破坏 硅 片表 面 的 致 密 氧化层；但 也 不能 过 度 提 高 工 作 液 碱 性，碱 性 太 强 会 严 重腐蚀 硅 片，硅 片表 面 产 生 凹 槽 和 白 斑；此 外，碱 性 太 强 会导致 清 洗过 程 中 工 作 液 pH 下 降 幅 度 大，在 清 洗 的后 半 程 清 洗 合 格 率 下 降。这 就 要 求 碱 剂 的 缓 释 碱 度 要 高，具 有 良 好 的 碱 性 缓冲 能 力。为 了 得 到 具 有 最 佳 碱 性 缓冲 能 力 的 碱 剂 组 合，以氢氧化 钾、氢氧化钠、偏 硅 酸钠、碳 酸钠为 因 素 通过 正 交试验 确 定 了 最 佳 缓 释 碱 度的 配 比，正 交试验 因 素 水 平 见 表 3，试验 测 试 结 果 与 极 差 分 析 见 表 4。11-
