一种太阳能硅片清洗剂的制备方法.docx

2012 年第 04 期sum 199 no.04chemical engineer文章编号：1002-1124（2012）04-0062-03工程师园地一种太阳能硅片清洗剂的制备方法王亚妮，刘军，李峰，许军训（陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054）摘 要：研制一种用于工业生产中太阳能硅片的水基专用清洗剂，适用于硅片的表面清洗处理。该清洗 剂以非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂为主剂，溶液呈碱性，不含有机溶剂，无刺激性气味、成本低、具 有良好的去污、清洗性能。清洗方法操作方便、无毒、对人体无危害、对环境无污染。关键词：太阳能硅片；表面活性剂；清洗剂中图分类号：tn305.2文献标识码：ba preparation method of the solar silicon wafer cleaning agentwang ya-ni，liu jun，li feng，xu jun-xun（shaanxi research design institute of petroleum and chemical industry, xian 710054, china）abstract：a water-based cleaning agent is prepared for commercial production of solar silicon wafer, it is ap plied to clean the surface of a solar silicon wafer. the cleaning agent is made up of non-ionic surfactant and an ionic surfactant. its solution is alkaline, it doesnt contain organic solvents, no irritating odour, cheaper and good performance of cleaning. the cleaning method is easy and non-toxic on humanbeings and the environment.key words：solar silicon wafer；surfactant；cleaning agent在光伏产业，硅片生产过程中需将硅片进行清洗，才能生产出合格产品。太阳能硅片表面污染物 主要包括油脂、松香、环氧树脂、聚乙二醇等有机 物，尘埃及其它颗粒污染和金属离子玷污等，它们 通常以物理吸附和化学的方式存在于硅片的表面 或硅片的自身氧化膜中。这些杂质严重影响着电池 片的性能、可靠性和成品率。硅片清洗要求既能去 除各类杂质又不破坏硅片 1 。硅片清洗技术的发展大致可分为 4 个阶段：第1 阶，段建立了最初的化学和机械抛光，但由于处理 不当，往往会造成金属杂质的重新沉淀以及金属杂 质的再次污染；第 2 阶段，19611971 年期间，使用 最初的 rca- 1 清洗剂，该清洗技术的发展是清洗 技术的历程碑；第 3 阶段，19721989 年期间，这一 阶段的工作主要集中于对 rca 清洗化学原理，适 用情况和影响因素等进行深入研究和分析，对 rca 清洗技术进行改进；第 4 阶段，1990 年至今，侧重于 对溶液清洗机理和动力学的研究以及新型清洗技 术的开发研究 2，3 。本实验目的在于研制一种碱性的、不含有机溶 剂、无刺激性气味、成本低且清洗效果相当或优于传统清洗方法的太阳能硅片水基专用清洗剂。该清洗剂以非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂为 主剂，清洗方法具有操作方便、成本低、无毒、对皮 肤无腐蚀、对人体无危害、对环境无污染等优点。1实验部分1.1主要原材料脂肪醇聚氧乙烯醚；6501 壬基酚聚氧乙烯醚；十 二烷基苯磺酸钠 las；三乙醇胺油酸皂；三聚磷酸钠； naoh，以上均为工业品。乙二胺四乙酸二钠（c.p）. 。1.2清洗剂的配方实验综合表 1 分析，最终确定 3# 为最佳配方。清洗剂配制步骤（1）将一定量的螯合剂乙二胺四乙酸二钠、十 二烷基苯磺酸钠、三聚磷酸钠、naoh 及其它无机助 剂等溶于适量的去离子水中，5060加热搅拌均 匀，使其充分溶解，制成溶液 a；（2）将一定量的脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚 氧乙烯醚、6501、三乙醇胺油酸皂等溶于适量的去 离子水中，5060加热搅拌均匀，制成溶液 b；（3）将溶液 a 与溶液 b 混合搅拌均匀，即得到 实验用清洗剂。1.3收稿日期：2012- 03- 08作者简介：王亚妮（1980-），女，工程师，主要从事太阳能硅片切削液、清洗液及砂浆回收方面的研究。2012 年第 4 期王亚妮等：一种太阳能硅片清洗剂的制备方法63表 1 实验中优选的几组配方optimization of several formulation in experimental脂肪醇聚氧乙烯醚与壬基酚聚氧乙烯醚为无色透明油状液体，这些表面活性剂完全溶于水，不 燃、不爆、易生物降解，是清洗剂的主要成分。在硅片加工中不可避免地引入了 na、mg、ca 等 重金属离子。这些重金属离子会使少子寿命大大下 降，漏电流增加。因此，在清洗剂中加入螯合剂可有 效去除金属离子，因为螯合剂的主要成分是螯合 环，它的两端有 n- o 共用电子对和金属离子作用， 将其拉向螯合环，将金属离子包裹进去，即螯合作 用。十二烷基苯磺酸钠 las 是一种阴离子表面活 性剂，白色或淡黄色粉末，对水硬度较敏感，不易氧 化，起泡力强，去污力高，易与各种助剂复配，成本 较低，合成工艺成熟，已被国际安全组织认定为安 全化工原料。助剂三聚磷酸钠是清洗剂配方中最重要的无 机助剂，产品呈白色颗粒或粉末状，溶于水。三聚磷 酸钠本身具有表面活性剂的一般特性，具有较强的 络合碱金属和重金属的能力，对固体颗粒有很强的 分散力和悬浮力，还有乳化和稳定乳化的作用，在 去除油垢方面有良好的效果，可防止污垢再沉积， 提高清洗去污力。tab.1试剂名称质量 /%1#2#3#4#edta- 2na脂肪醇聚氧乙烯醚6501 壬基酚聚氧乙烯醚 三乙醇胺油酸皂 十二烷基苯磺酸钠 las 三聚磷酸钠氢氧化钠 其它无机助剂 去离子水 清洗效果洗净效果 /返片率 /0.26585522165.80.273766322.563.30.283965221.563.30.295854221.563.390%6%94%4%99%1%97%2%清洗方法（1）常温下将硅片在盛有循环去离子水的水槽 中预清洗 510min；（2）当用该清洗剂清洗污染较重的硅片时，应直 接使用原液，将清洗槽加温至 5060，开启超声波 清洗 510min；（3）当用该清洗剂清洗污染较轻的硅片时，将该 清洗剂加入到 510 倍的去离子水中，搅拌均匀后 将 清 洗 槽 加 温 至 5060 ，开启超声波清洗 510min；（4）将清洗后的硅片再放入盛有循环去离子水 的水槽中常温漂洗 510min，漂洗两遍；（5）将硅片快速风干处理以备后用 4 。1.4清洗剂的性能指标（1）外观：淡黄色液体（2）密度：1.02（3）ph 值 911，清洗效率高，使用周期长，无腐 蚀性。（4）不含任何有机溶剂，无刺激性气味；（5）稳定性：- 10+50性能稳定；（6）贮存期：室内存放二年，性质不变；（7）成本低，清洗工艺简单。2.22结果与讨论2.1组分选择非离子表面活性剂不受酸、碱和电解质的影 响，并具有较强的渗透力，活性剂分子可渗入硅片 表面与吸附物之间向深处扩散，将颗粒托起，活性 剂分子取而代之吸附在硅片表面上，防止颗粒的再 次吸附 5，6 。实验中选用了聚氧乙烯链结构的活性剂 aeo- 9，它吸附时以非极性碳氢链与固体接触为 主，亲水的聚氧乙烯链则大部分伸向水中，形成较 厚的保护层，形成粒子相接近的空间障碍，有利于 提高去除颗粒的效果；其次，非离子表面活性剂的 分子较大，与硅片表面形成易清洗的色散力吸附， 容易去除。清洗效果（1）本实验所制备的清洗剂呈碱性，洗净率在99%以上，对清洗对象表面不会残留不溶物，不产生 新污染，不影响产品的质量，清洗后的硅片表面干 净，色泽一致，无花斑。（2）制备的清洗剂可直接在常温下进行超声清 洗，清洗条件温和，对温度、压力、机械能等不需要 过高的要求，企业能耗更低。（3）该清洗剂清洗后的返片率低，仅为传统清 洗工艺的 1/10 左右，工艺简单，操作方便，满足环保 要求。2.3（下转第 68 页）2012 年第 4 期68庄 缅：游离异氰酸根含量对聚氨酯弹性体性能的影响tdi 的加入量，从而改变预聚体中游离异氰酸根含量，考察聚氨酯弹性体的性能，结果见表 1。表 1 nco 含量对 pu 弹性体力学性能的影响tab.1 effect of nco content on performance of elastic body抗张强度、硬度下降明显，但伸长率变化不是很大，这是因为随着分子量的增加，弹性体内部硬链段的 密度相对降低，从而导致硬度和力学强度随之下 降。2.3 反应温度的影响反应温度是聚氨酯弹性体制备中一个重要的 控制因素，一般来说，随着反应温度的升高，异氰酸 酯与各类活性氢化合物的反应速率加快。但并不是 反应温度越高越好，当 130以上，异氰酸酯基团与 氨基甲酸酯或脲键反应产生交联键，且在此温度以 上，所生成的氨基甲酸酯、脲基甲酸酯或缩二脲很 不稳定，可能会分解。一般羟基化合物与二异氰酸 酯反应温度以 60100为宜。游离异氰酸根44.55.05.56.06.5硬度（邵氏 a）拉伸强度 /mpa扯断伸长率 /%4511.63206511.83257012.53867313.13138514.02859115.1237由表 1 可以看出，随着 nco的增加，聚氨酯弹性体的硬度、拉伸强度逐渐升高，而扯断伸长率 却逐渐降低。这主要是因为硬段含量的增加使得 pu 弹性体的硬度、拉伸强度逐渐增加，而扯断伸长率 则逐渐降低 2 。硬段上含有氨基、羰基，能形成氢键， 使硬段聚集在一起，形成物理交联，所以另外随着- nco%含量的增加，预聚体的反应速度加快，不利 于浇注，因此，预聚体中游离 - nco% 含量控制在5.0- 5.5 为宜。2.2软段多元醇分子量的筛选多元醇的分子量对弹性体的力学性能会产生 明显的影响，我们选择分子量分别为 1600、2900 的 聚四氢呋喃二醇作为软段，选取游离异氰酸根含量 为 5.5%6.5%的预聚体制备聚氨酯弹性体。表 2 多元醇分子量对弹性体性能的影响tab.2 effect of polybasic alcohol molecular on performance of elastic body结论3以聚四氢呋喃二醇为软段、以 tdi 为硬段合成了不同 nco 含量的 pu 弹性体，结果表明 nco 含 量为 5.56.0%时，pu 弹性体的综合性能最好。随 着 nco 含量的增高，pu 弹性体的硬度、拉伸强度逐 渐增高，而扯断伸长率逐渐降低。该弹性体具有优 异的耐水解性，耐化学品性，低温性能以及电绝缘 性能可用于电子元器件的灌注和包封。参 考 文 献1 山西省化工研究所.聚氨酯弹性体手册m.北京：化学工业出 版社，2001.109.2 李少雄，刘益军.聚氨酯树脂及其应用m.3 李少雄,刘益军.聚氨酯胶黏剂m.化学工业出版社.4 刘会强，刘德居，等.低异氰酸根含量聚酯型聚氨酯弹性体力学 性能的研究j.河北化工，2010，33（3）：27- 29.聚四氢呋喃二醇分子量硬度（邵氏 a） 伸长率 /%抗张强度 /mpa160029007051313297135.6随着聚四氢呋喃二醇分子量的增加，弹性体的!（上接第 63 页）技术的进展j.化学进展，2000，12（1）:103- 107.2 刘传军，赵权，刘春香，等. 硅片清洗原理与方法综述j. 半导 体情报，2000，37（2）:30- 36.3 储佳，马向阳，杨德仁，等. 硅片清洗研究进展j.半导体技术,2001, 26