1、中國工程院第場工程科技論壇論文集表面活性劑在太陽能硅片清洗中的應用侯軍，康仁科，郭東明，彭孝軍（大連理工大學機械工程學院，遼寧大連：大連理工大學精細化工國家重點實驗室，遼寧大連；大連三達奧克化學股份有限公司，遼寧大連）摘要：介紹了我國太陽能硅片發展現狀及硅片清洗技術，討論了硅片清洗對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用，并提出了硅片清洗用表面活性劑的發展趨勢。關鍵詞：太陽能硅片；清洗；表面活性劑：應用，（，；，；，）：，：；：（）國內外太陽能電池硅片發展現狀當前，能源問題日益成為制約各國社會經濟發展的瓶頸，太陽能光伏發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注。太陽能電池的研制和開發是近些年來發展最快、最具活力的研究領域。自年美國實驗室首次制備了硅太陽能電池以來，硅太陽能電池一直是研究和開發的重點，并得到了廣泛發展】。年，硅太陽能電池占全球太阿能電池市場份額，今后很長一段時間將繼續處于主導地位。近幾年來，我國太剛能電池產業得到了迅猛發展，年產量僅有，年達到了占世界總量的，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電的完整產業鏈。硅片是制備太阿能電池的核心材料，太能電池產業的快速發展極人帶動了太阡能硅片的市場需求。年，在無錫尚德等國內太剛能電池生產企業產量提升的帶動下，我國太岡能電池硅片產業保

3、持高速增長。數據統計表明，年太阿能電池硅片的需求量達劍億平方英寸，增率連中國工程院第場工程科技論壇論文集續年超過。經近年的發展，我國已成為全球太陽能硅片產能最大的國家，生產企業以江西賽維、洛陽中硅為代表，共有近家企業，其中賽維是亞洲最大的太陽能硅片生產企業。太陽能硅片清洗技術及現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能電池總工藝的關鍵部分，硅片的表面狀態及污染物去除程度直接影響到成品太陽能電池發電效率、斷路電壓、短路電流、使用壽命等性能【。太陽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鍵被破壞成為懸空鍵，極易被氧化，形成自

4、然氧化層，同時，表面容易吸附各類雜質，如有機污染物、顆粒、無機雜質、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太陽能硅片污染物主要來源于硅片切割工藝中于硅片接觸的外部媒介，主要包括：硅片切割成型過程中的污染、環境污染、水造成的污染、切削漿料帶來的污染、工藝本身造成的污染和人體造成的污染等。根據污染物產生的原因。大致可將它們分為有機物雜質、無機雜質、顆粒、金屬污染物四類。（）有機物雜質：在硅片上以多種方式存在，如切削液、人的皮膚油脂、潤滑油等。（）無機雜質：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。顆粒的存在會造成太陽能硅片電池短路或降低

5、硅片的發電效率。（）金屬污染物：在硅片上以范德華引力、共價鍵以及電子轉移等種表面形式存在。這種玷污會破壞極薄的氧化層的完整性，增加漏電流密度。太陽能硅片清洗技術硅片清洗是太陽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電效率等性能。硅片清洗需要滿足以下幾方面的要求：）對硅表面腐蝕適中并均勻，獲得均一的表面；）能去除有機污染、金屬離子、顆粒等污染；）清洗持久能力強；）對人體無毒無害，環保，易生物降解。自世紀年代以來，硅片清洗廣泛使用的是和提出的（美國無線電公司）清洗技術【，主要采用酸、堿、雙氧水等化學試劑，清洗效率低、環境污染嚴重。目前在含表面活性劑的水基清洗液介質中，利用超聲波清洗太陽

6、能硅片是最主要的一種清洗方法。在我國太陽能硅片制造企業中，全部采用全自動超聲波清洗工藝，有的清洗工藝中設計有噴淋清洗工序。同時，根據硅片表面的雜質種類，也適當選擇機械擦洗法、溶液浸泡法去除硅片表面的污中國工程院第場工程科技論壇論文集染物。我國太陽能硅片制造企業采用的全自動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。純水預洗純水預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能硅片清洗中的應用硅片清洗對表面活性劑的要求太陽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表面活性劑控制污染雜質在硅片表面吸附狀態，使表面吸附長期處于易去除的物理吸附狀態下。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；）形成泡沫能力差；）具有很好的乳化性和乳化穩定性：）具有優良的分散性：）易生物降解。表面活性劑作用機理其基本原理為：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表面，進而滲透到雜質與硅片表面之間，通過乳化、分散等作用，將雜質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定的分子膜，阻止雜質的再吸附。作用機理如圖所示。一玉！。二出一一，丁，慧一圖表面活性劑作川機

8、理中國工程院第場工程科技論壇論文集表面活性劑的應用表面活性劑素有“工業味精”之稱，在各行業得到了廣泛應用【隨著我國太陽能硅片行業的迅猛發展，也帶動了硅片清洗用表面活性劑的廣泛應用，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表面活性劑。在硅片清洗中，烷氧基型非離子表面活性劑應用較廣泛，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。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，具有優良的

9、表面活性、滲透潤濕性和乳化分散性，能極大提高清洗能力【目前研究及應用較多的是環氧乙烷環氧丙烷（）和環氧丙烷環氧乙烷（）二嵌段類共聚物【】隨著對環保的要求越來越高，這就要求開發生物降解性好的硅片清洗液。烷基糖苷（）有優良的表面活性，性能溫和，生物降解迅速完全，是典型的綠色表面活性劑，在硅片清洗中的應用已越來越廣。盡管表面活性劑在硅片清洗中得到了廣泛應用，但是，的表面活性劑均從國外進口，因此，國內表面活性劑生產企業需要搶抓機遇，研究開發功能性強的新型表面活性劑，從而在太陽能行業的應用中占有一席之地。結論與展望我國已成為世界最大的太陽能電池生產國，隨著國家新能源發展戰略的實施，必將得到更快的發展，表

10、面活性劑在太陽能領域的應用將成為一大熱點。太陽能硅片清洗工業的產品結構將向著有利于環境保護、節能、節水和高效的方向發展，而這主要取決于表面活性劑的研究與開發應用。因此，開發環境友好、易生物降解、溫和型和功能型的表面活性劑將成為我國表面活性劑工業的重點。進一步發展生物質表面活性劑、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能力。另一方面，隨著我國電子信息產業的發展，半導體電子材料對表面活性劑的需求也更加迫切，市場更加廣闊。然而，半導體行業所用表面活性劑全部依賴從國外進口，我國無論在表面活性劑種類還是質量上均不能滿足半導體行業的要求。因此，我國必須加大表面活性劑的開發力度，拓寬表面活性劑的應用領域，探索其在太陽能電池和半導體行業等高新技術領域中的應用，使我國真正步入表面活性劑強國。參考文獻：】，：【】【】，（）：【】有研半導體材料股份有限公司供稿中國硅材料產業現狀分析】中國集成電路，（）：【】，：】