太阳能电池玻璃清洗干燥技术

1、太阳能电池玻璃清洗干燥技术漪运清洗世界CleaningWorld第26卷第7期2010年7月文章编号:16718909(2010)07002904太阳能电池玻璃清洗干燥技术蔡涔,杨明生,王晖(河南新能光伏,河南安阳455000)摘要:介绍了太阳能电池玻璃清洗,干燥技术,包括二流体清洗,超声波清洗,纯水冲洗,洗剂清洗,热风干燥等,给出了最佳的清洗工艺.关键词:镀膜玻璃;表面腐蚀;干燥;超声波清洗;二流体清洗;刷洗;化学清洗中图分类号:TM914.4文献标识码:BWashinganddryingmethodsforglassONsolarcellsCAICen,rANGMingsheng,WANG

2、Hui(HenanSungenSolarFab.Co.,Ltd.,Anyang,Henan455000,China)optimumprogramisdetermined.Keywords:coatedglass;surfacecorrosion;drying;ultrasonicwashing;two-fluidwashing;brushwashing;chemicalcleaning目前,应用于非晶硅太阳能电池制作中的玻璃一般有两种:镀膜用的TCO玻璃和做电池背板用的盖板玻璃.玻璃的生产工艺上做到,使其铁含量降低到低于普通玻璃铁含量的10%,就变成了具有极低光吸收率,阳能电池用的TCO玻璃,

3、背板玻璃经受风沙,冰雹,雨雪,高低温等自然因素影响,会降低其使用寿命.为避免电池不受这些自然因素的影响,延长其使用寿命,一般都要选用这种浮法生产后又经过特殊处境,存在一些表面腐蚀条件,这就为其清洗提出了课题.1平板玻璃的原始表面及其表面腐蚀玻璃表面在成型过程中温度达到6001050C时,钠蒸气的发生使玻璃表面钠成分的含量比玻璃内部的钠含量低.在600C时,玻璃表面的钠与空气中0及冷却气体环境中的S0反应,生成Nas0,范围内,玻璃表面会与大气中的水蒸气反应,在玻璃表面内和表空气中的水蒸气,使玻璃表面覆盖着一层很薄的水膜.这些水膜上层为物理吸附层,其吸附能约8收稿日期:20100602作者简介:

4、蔡涔(1972一),男,河南唐河县人,工程师,主要从事非晶硅薄膜太阳能电池专用设备和工艺开发.?30?清洗世界第7期25kJ/tool,厚度约50nm;水膜下层的吸附能可以达到42125kJ/mol,结合较为紧密,为化学吸附层.去掉,但化学吸附层则需要400C以上的温度或者类似原子或离子轰击的入射能量才能去除.如上所述,玻璃在成型过程中由于脱碱作用,即将钠离子和氢氧根离子从玻璃表面滤出,玻璃表面长期存在的水膜可以很快将这些离子变成一定浓度的氢氧化钠.随后,在玻璃结构中发生自加速分解,露,脱碱作用将延伸到玻璃内部.如果平板玻璃处在低湿度和恒定低温环境中(即不产生结露环境),那么析出的氢氧化钠会在

5、玻璃表面与空气中的二氧化碳反应而生成碳酸钠,减缓腐蚀速度,对平板玻璃起到一定保护作用.2避免和去除腐蚀层的方法降低与去除在平板玻璃表面上形成腐蚀层的方法大致可分为以下几种:(1)在镀膜应用中只使用刚刚生产出来的新鲜平板玻璃;(2)恒温,恒湿条件下存贮玻璃,保证玻璃表面远离潮气和避免结露;(3)在玻璃表面使用适当的酸性抑制物质,对平并证实,有效的化学抑制剂包括亚硫酸,醋酸,脂肪酸和乳酸等;(4)可在镀膜前,利用刻蚀或研磨等化学或机械手段去除腐蚀层,如把玻璃浸在0.5%的氢氟酸1560s,以去掉表面腐蚀层,有利于镀膜.3平板玻璃表面的杂质污染玻璃表面的所有外来物质都可以称为"杂使不太牢固

6、,但同样会对镀膜过程或膜层本身造成损害.这些杂质可能是在玻璃生产过程中产生的,也可能是在后续加工过程中出现的.在生产过程中产生的杂质大约有以下几种:(1)从周围环境中吸收的气体或蒸汽,如氧气,氮气,二氧化碳,二氧化硫,氯化氢,水等;(2)环境空气中的灰尘颗粒;(3)在冷却区,与二氧化硫反应,并在玻璃表面上生成的硫酸钠;(4)防止玻璃在室内或运输过程中发生划伤或腐蚀的保护物质的残留颗粒,如PMMA粉粒和纸张.在后续加工期间产生的杂质主要来自:(1)切割玻璃片时所使用的切割油;(2)镀膜前在存贮区沉积的灰尘;(3)搬运过程中造成的污染,如指纹或真空提升设备留下的印迹;(4)镀膜前清洁过程中使用清洁

7、剂的残余物.除上述杂质外,腐蚀层与杂质(特别是在加工和搬运期问造成的杂质)之间产生的化学物质也将成过程中使用的脱模剂可能会在接触玻璃表面时与腐成一个环形痕迹,这种环形痕迹无法用常规的清洁方法去除.残留的切割油,指纹甚至黏性标签的印迹也都会给膜层带来相似的表面印痕.杂质可能给膜层性能造成如下不良影响:(1)成为玻璃表面和功能膜之间的分离剂,从而限制了两者之间达到足够的附着力;(2)影响膜层的性能,如腐蚀层会改变光学性能(玻璃表面产生虹彩)或电学性能;(3)膜层和杂质之间的化学反应会影响到膜层的抗老化性.4平板玻璃镀膜前清洗工艺如前所述,镀膜前必须对玻璃表面进行清洁和第26卷蔡涔等.太阳能电池玻璃

8、清洗干燥技术?31.干燥.否则,可能造成镀膜玻璃针孔较多,有时密集出现,严重时还会出现线状脱膜形状及大面积脱膜现象.对于超白玻璃镀膜,如上文所述,如果考虑膜层的附着力,抗老化能力,均匀度,需要在镀膜前对腐镀TCO膜的TCO玻璃,则主要考虑清洗的杂质如下:表面残留防腐剂(如PMMA粉粒),切削油,润滑油,尘埃,指纹,吸盘印,霉斑,硫酸钠(退火气氛内硫与玻璃表面纳结合的白色粉粒状产物),氧化锌,碳酸钠等.对于TCO玻璃镀膜面,其玻璃腐蚀层在镀膜前已经处理(如果处理不好,将直接影响TCO膜层质量),而非镀膜层的玻璃质量对后续镀膜影响不大.对于腐蚀层的清洗,在制定清洗工艺时没有考虑(当时主要考虑使用酸

9、性清洗剂,可能对TCO层形成破坏,而背板玻璃因为不进行镀膜,也没有光电性能要求,故也未予以考虑).考虑到TCO玻璃在进行增反膜的制备中使用酸性试剂(方法:在0.5%1%盐酸中酸蚀3060s,或使用醋酸溶液酸蚀)后,玻璃表面呈酸性,且运输过程中使用酸性防腐剂,故镀膜前清洗工序没有考虑使用酸性溶液.允许使用的振荡频率是25kHz和40kHz,震荡液体声后,存在于液体中的微气泡(空化核)在声场的作用下振动.当声压达到一定值时,一部分气泡在负压期迅速长大,在正压期又突然闭合,产生高达数千冲击压力击碎不溶性污物,使其散落到清洗液中.就清洗方式而言,运用于工业清洗的清洗方式一般为手工清洗,如有机溶剂清洗,

10、蒸汽清洗,高压传统的手工清洗和有机溶剂清洗的清洗效率仅为60%70%,即使是蒸汽清洗和高压水射流清洗的清洗效率,也低于90%.因此,在工业清洗中,超声波清洗机以其效率高,效果好,适用于大工作量清洗的特性,无疑是清洗的最佳选择.二流体清洗技术是将一种高压气态流体与一种液态流体混合后,再通过一种超高速喷嘴使高压气体与清洗液形成液滴,以超过声音在空气中的传播速度的速度喷出,喷在需要清洗的物体上,对清洗物体产生强大的冲击,喷洗作用.此时,清洗液的速度粒,在二流体清洗液喷射时产生的振动作用,被清洗物体表面受到冲击时产生的振动作用,液滴沿被清洗物体表面高速喷射三种作用的协同作用下,被去除.这种工艺对粒径0

11、.1Ixm的微粒能取得80%以上的去处效果,同时其去离子水用量比高压喷淋洗要节约50%以上.滚刷清洗对于粒径大于3m的粒子清洗效果较好.毛刷通过紧贴玻璃基板表面高速旋转,可以有效去除粘附或沉积在金属和非金属膜层的大颗粒粒子,去除率达到76.9%.化学清洗的程序是:水预洗一清洗剂清洗(弱碱性)一高纯水喷淋.水预洗时,首先把玻璃表面污垢润湿,然后表面活性剂分子吸附到污垢上.由于出现了吸附层,加大了污垢粒子与玻璃表面的距离,也就削弱了污垢粒子与玻璃表面间的吸附力,减弱了污垢在玻璃表面的粘附强度.再在机械等外力作用下,污垢就比清洗世界第7期较容易从玻璃表面去除.清洗剂,高纯水喷淋清洗玻璃表面的去污作用

12、是通过综合润滑作用,乳化,吸附作用,悬浮,分散作用,皂化和增加溶解作用,发泡作用,静电斥力作用性清洗剂,主要考虑中和由于酸蚀或者防止玻璃腐蚀所加的酸性防腐剂.风刀干燥是一种使用非常广泛的干燥技术,特别是在大面积玻璃领域.其原理为:压缩空气经过狭缝喷嘴吹到玻璃表面上,产生出像刀刃一样的气流,可以将水膜分离开,并立即雾化,水分与空气一起排出.这种方法的优点是,既可以快速去除水膜,还能保持玻璃处于低温状态.热风干燥的原理是,热空气具有较高的吸收水分的能力.过滤后的热空气吹过洁净的湿玻璃,使水膜气化并将水蒸气带走.现在一般采用风刀,热风干燥结合使用,以保证玻璃表面充分干燥.使用纯水,去离子水主要考虑其

13、对极性分子和非极性分子都有很好的附着力,对于金属离子,油性用,主要为清洗玻璃上的油性杂质,包括手印,吸盘印等,与油性杂质和碱性分子发生皂化反应,达到去除油性杂质的目的.热风和风刀干燥操作过程中需要注意的是,必须对空气进行高水平过滤,以保证不对玻璃表面产生二次污染.上述水预洗,洗剂清洗,超声波清洗,二流体清洗,纯水喷淋等清洗过程中,需要注意的是,要对前段比较脏的清洗水与后端较为干净的清洗水进行适刀切液,保证前段脏水不污染后端纯水.最后,根据太阳能电池玻璃组分,脏污情况和各种清洗方式特点,制定镀膜前清洗干燥工艺如下:入料一喷淋洗一碱性洗剂洗一滚刷洗1(2排)一超声波清洗1一超声波清洗2一风刀切液(1排)一去离子二流体清洗一风刀切液(1排)一去离子水滚刷洗2(2排)一风刀切液(1排)一纯水喷淋洗(3道)一风刀风切干燥(3排)一下料(同时去静电).使用该工艺后,使用接触角法进行洁净度测试.测试结果:接触角大多达到10.以下,可以满足镀膜要求.5结束语平板玻璃的杂质产生与其生产过程,存贮历史,保存环境及后加工工序都有很大关系,对其清洗工艺的制定要根据以上特点制定相应的清洗方法;在制定清洗工艺的同时,努力避免在加工或搬运,储藏过程中产生的杂质尤为重要,