一种大硅片切割液、其制备方法和用途 |
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| 申请号 | CN202311814268.4 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117925311A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 浙江奥首材料科技有限公司; | 发明人 | 侯军; 褚雨露; 李传友; 吕婧; | ||||
| 摘要 | 本 申请 公开了一种大 硅 片 切割液、其制备方法和用途；以 质量 份计，切割液包括如下组分：20‑40份的润湿剂，1‑10份的 润滑剂 ，0.1‑2份的 防腐剂 ，20‑40份的去离子 水 ，5‑20份的 有机 溶剂 ；其中，润滑剂用于在所述 硅片 表面形成保护膜，防腐剂用于在所述金刚线表面形成 吸附 膜。本申请的切割液实现了细线径金刚线的切割，保护膜的存在减少了硅片和金刚线直接 接触 造成的脏污、线痕的问题，避免了金刚线的断线；吸附膜的存在还可以减缓金刚线材质的 腐蚀 速度，并进一步降低断线率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大硅片切割液，应用于金刚线切割硅片，其特征在于，以质量份计，切割液包括如下组分：20‑40份的润湿剂，1‑10份的润滑剂，0.1‑2份的防腐剂，20‑40份的去离子水，5‑ |
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| 说明书全文 | 一种大硅片切割液、其制备方法和用途技术领域背景技术[0002] 硅片属于硬性材料，金刚线切割过程中，会产生大量的热和磨损，为了适应硅片尺寸变化，提高切割效率，金刚线向细线径发展，这对切割液的性能提出了更高的要求，尤其是用于细线径金刚线的切割液存在脏污、线痕、断线率高等问题，影响大尺寸、薄片化硅片的制备。发明内容 [0003] 申请目的：本申请提供一种大硅片切割液、其制备方法和用途，解决用于细线径金刚线的切割液存在的脏污、线痕、断线率高等问题，提供良好的切割力和提高切割效率。 [0004] 技术方案：本申请提供一种大硅片切割液，应用于金刚线切割硅片，以质量份计，切割液包括如下组分：20‑40份的润湿剂，1‑10份的润滑剂，0.1‑2份的防腐剂，20‑40份的去离子水，5‑20份的有机溶剂； [0005] 其中，所述润滑剂用于在所述硅片表面形成保护膜，所述防腐剂用于在所述金刚线表面形成吸附膜。 [0006] 在一些实施例中，所述润滑剂、所述防腐剂中的至少一者具有酰胺基团。 [0007] 在一些实施例中，所述润滑剂选自硬脂酰胺丙基二甲胺、油酸酰胺、芥酸酰胺和硬脂酰胺中的至少一种；和/或 [0010] 所述脂肪酰基氨基酸表面活性剂中的氨基酸选自谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和肌氨酸中的至少一种。 [0011] 在一些实施例中，所述脂肪酰基氨基酸表面活性剂选自月桂酰基谷氨酸钠、月桂酰基甘氨酸钠、月桂酰基丙氨酸钠、月桂酰基肌氨酸钠、椰油酰基甘氨酸钠、椰油酰基谷氨酸钠和硬脂酰基谷氨酸钠中的至少一种。 [0012] 在一些实施例中，所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，化学式为RO(CH2CH2O)m(C3H6O)nH，其中R选自C3～C8的烃基；m表示环氧乙烷基团的加合数，选自2～8的整数；n表示环氧丙烷基团的加和数，选自4‑10的整数。 [0013] 在一些实施例中，所述有机溶剂选自二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙二醇丙醚、乙二醇二甲醚、二异丙醚中的至少一种。 [0014] 在一些实施例中，所述金刚线的线径为30μm～32μm；和/或 [0015] 所述硅片的平均直径为182mm～210mm。 [0016] 在一些实施例中，本申请还提供一种大硅片切割液的制备方法，包括： [0017] 称取各自质量份的组分； [0018] 先将润滑剂溶于有机溶剂中，再依次加入润湿剂、防腐剂和去离子水，添加过程持续搅拌，控制搅拌温度为20‑45℃，搅拌时间为3～5h，至各组分完全溶解，然后静置、过滤，得到所述切割液。 [0020] 与现有技术相比，本申请的有益效果在于：本申请的大硅片切割液中由于采用了润滑剂和防腐剂，且分别可以在硅片表面形成保护膜，以及在金刚线表面形成吸附膜，实现了细线径金刚线的切割，具有安全、环保、清洁、高润湿分散且对太阳能硅片无腐蚀的优点；保护膜的存在减少了硅片和金刚线直接接触造成的脏污、线痕的问题，避免了金刚线的断线；吸附膜的存在还可以减缓金刚线材质的腐蚀速度，并进一步降低断线率。 [0021] 可以理解的是，与现有技术相比，本申请实施例提供的大硅片切割液的制备方法以及大硅片切割液的用途具有上述大硅片切割液的所有技术特征以及有益效果，在此不再赘述。 具体实施方式[0022] 下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0023] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。 [0024] 下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。 [0025] 申请人发现，随着太阳能光伏产业技术的不断发展成熟，对硅片的需求增长迅速。切片是硅片深加工的首道工序，而硅片占太阳能光伏组件成本构成的30‑40％，所以硅片技术的提升对降低组件成本具有重大意义。近年来，硅片的规格也在不断优化。硅片尺寸的变大、变薄成为主流技术方向，不仅可以有效降低成本，还能最大程度地提升组件效率。同时，为了适应硅片尺寸变化，提高切割效率，金刚线的线径也向更细的线径发展。 [0026] 太阳能硅片切割主要以金刚线切割为主，金刚线切割具有高效、低成本、环保等优势。硅片属于硬性材料，金刚线切割过程中，会产生大量的热和磨损，易造成断线、线痕、TTV等问题。随着切割硅片大尺寸、薄片化以及金刚线细线化的发展，对切割液的性能提出了更高的要求，以适应细线的切割，提高良品率。细线径金刚线切割液存在脏污、线痕、断线率高等问题。因此，需要开发一种安全、环保、清洁、高润湿分散、对太阳能硅片无腐蚀的切割液，可应用于细线径金刚线的切割液。 [0027] 本申请实施例提供了一种大硅片切割液，应用于金刚线切割硅片，以质量份计，切割液包括如下组分：20‑40份的润湿剂，1‑10份的润滑剂，0.1‑2份的防腐剂，20‑40份的去离子水，5‑20份的有机溶剂；其中，润滑剂用于在硅片表面形成保护膜，防腐剂用于在金刚线表面形成吸附膜。 [0028] 可以理解的是，本实施例的切割液中由于采用了润滑剂和防腐剂，且分别可以在硅片表面形成保护膜，以及在金刚线表面形成吸附膜，实现了细线径金刚线的切割；保护膜的存在降低金刚线与硅片之间的摩擦，这可以减少切割时的磨损和热量产生，延长金刚线和硅片的使用寿命，同时还减少了硅片和金刚线直接接触造成的脏污、线痕的问题，避免了金刚线的断线；吸附膜的存在还可以减缓金刚线材质的腐蚀速度，并进一步降低断线率。 [0029] 进一步地，润湿剂可以降低液体表面的张力，使切割液更容易与硅片接触和覆盖，这样可以有效提高切割的效率和质量；去离子水是提供切割液的基础溶剂，用以稀释和调节切割液的浓度，有机溶剂作为溶解其他组分的载体，在切割液中起到溶解和稀释的作用，适量的有机溶剂可以调节切割液的黏度等。 [0030] 在一些实施例中，润滑剂、防腐剂中的至少一者具有酰胺基团。 [0031] 进一步地，润滑剂和防腐剂同时具有酰胺基团，可以理解的是，当防腐剂和润滑剂均含有酰胺基团时，更容易通过分子间氢键或者偶极矩的相互作用，使保护膜和吸附膜上的分子更紧密的排布，从而增加保护膜或者吸附膜的粘性和弹性，增强了保护膜和吸附膜的稳定性，能够共同起到对金刚线和硅片的保护作用。 [0032] 在一些实施例中，切割液以质量份计，优选的组分包括：30‑35份的润湿剂，1‑5份的润滑剂，0.5‑1份的防腐剂，30‑40份的去离子水，10‑15份的有机溶剂。 [0033] 在一些实施例中，润滑剂选自硬脂酰胺丙基二甲胺、油酸酰胺、芥酸酰胺和硬脂酰胺中的至少一种。 [0034] 需要说明的是，使用上述的润滑剂在切割过程中，当接触到硅片表面后，其亲水基朝向硅片表面，疏水基朝向空气，在硅片表面形成一层保护膜，在与金刚线接触时，能够有效的减小摩擦，减少线痕、断线的问题。由于在其分子结构中具有酰胺基团，因此有较好的防静电能力，使硅粉不易附着在硅片表面，能够有效改善脏污率。同时，润滑剂的分子链长，能使硅片和金刚线这两个摩擦面远离，润滑效果更好且润滑效率高。 [0035] 在一些实施例中，硬脂酰胺丙基二甲胺的CAS号为：7651‑02‑7，分子式为：C23H48N2O，结构式为： [0036] 在一些实施例中，油酸酰胺的CAS号为：301‑02‑0，分子式为：C18H35NO，结构式为： [0037] 在一些实施例中，芥酸酰胺的CAS号为：112‑84‑5，分子式为：C22H43NO，结构式为： [0038] 在一些实施例中，硬脂酰胺的CAS号为：124‑26‑5，分子式为：C18H37NO，结构式为： [0039] 在一些实施例中，硬脂酰胺丙基二甲胺、油酸酰胺、芥酸酰胺和硬脂酰胺等都可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。 [0040] 在一些实施例中，润滑剂优选为硬脂酰胺丙基二甲胺。 [0041] 在一些实施例中，防腐剂选自脂肪酰基氨基酸表面活性剂。 [0042] 需要说明的是，脂肪酰基氨基酸表面活性剂可以吸附在金刚线上，形成一层吸附膜，从而改变金刚线表面金属层(如：镍层)的电荷状态和界面性质，使金属层表面能量状态趋于稳定，提高腐蚀反应的活化能，减缓腐蚀的速度，起到有效的缓蚀效果，并可以有效降低断线率；此外，脂肪酰基氨基酸表面活性剂中疏水基团大，形成的吸附膜对金属的覆盖的面积更大，而且由于疏水链间范德华力的作用，吸附膜更牢固，缓蚀效果更好。 [0044] 在一些实施例中，提供一种脂肪酰基氨基酸表面活性剂的制备工艺，包括以下步骤：先称取脂肪酸甲酯、氨基酸盐混合在搅拌装置内，充分混合后，形成混合液；将混合液移至反应釜内，向其中加入催化剂，然后升温反应，得到脂肪酰基氨基酸表面活性剂。其中，脂肪酸甲酯与氨基酸盐的摩尔比是1:1‑2.5，反应的温度是120‑150℃，反应时间是4‑6h。 [0045] 在一些实施例中，脂肪酰基氨基酸表面活性剂中脂肪的碳链长度为C10～C20。由以上述的制备工艺可知，这里所指脂肪的碳链长度实际就是原料的碳链长度，如脂肪酸甲酯的碳链长度。当然，在其它的制备工艺中，碳链长度均以所用的脂肪族化合物原料的碳链长度为准。 [0046] 在一些实施例中，脂肪酰基氨基酸表面活性剂中的氨基酸选自谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和肌氨酸中的至少一种。这里所指的氨基酸可以以制备工艺的原料中所用的氨基酸或氨基酸盐为准。 [0047] 在一些实施例中，脂肪酰基氨基酸表面活性剂为水溶性。 [0048] 在一些实施例中，脂肪酰基氨基酸表面活性剂选自月桂酰基谷氨酸钠、月桂酰基甘氨酸钠、月桂酰基丙氨酸钠、月桂酰基肌氨酸钠、椰油酰基甘氨酸钠、椰油酰基谷氨酸钠和硬脂酰基谷氨酸钠中的至少一种。 [0049] 在一些实施例中，月桂酰基谷氨酸钠的CAS号为：29923‑31‑7，分子式为：C17H30NNaO5。 [0050] 在一些实施例中，月桂酰基甘氨酸钠的CAS号为：18777‑32‑7，分子式为：C14H26NNaO3。 [0051] 在一些实施例中，月桂酰基丙氨酸钠的CAS号为：55535‑58‑5，分子式为：C15H28NNaO3。 [0052] 在一些实施例中，月桂酰基肌氨酸钠的CAS号为：137‑16‑6，分子式为：C15H28NNaO3。 [0053] 在一些实施例中，椰油酰基甘氨酸钠的CAS号为：90387‑74‑9。 [0054] 在一些实施例中，椰油酰基谷氨酸钠的CAS号为：68187‑32‑6。 [0055] 在一些实施例中，硬脂酰基谷氨酸钠的CAS号为：38517‑23‑6。 [0056] 在一些实施例中，月桂酰基谷氨酸钠、月桂酰基甘氨酸钠、月桂酰基丙氨酸钠、月桂酰基肌氨酸钠、椰油酰基甘氨酸钠、椰油酰基谷氨酸钠和硬脂酰基谷氨酸钠等都可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。 [0057] 在一些实施例中，润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，化学式为RO(CH2CH2O)m(C3H6O)nH，其中R选自C3～C8的烃基；m表示环氧乙烷基团的加合数，选自2～8的整数；n表示环氧丙烷基团的加和数，选自4‑10的整数。 [0058] 可以理解的是，该润湿剂分子中的醚键不易被酸、碱破坏，所以稳定性较高，水溶性较好，耐电解质，易于生物降解，泡沫小；润湿剂的分子量相对较小的同时，环氧丙烷聚合的数目相比环氧乙烷更多，保证了良好的润湿性和渗透性，能在切割过程中提供更高的切割能力。 [0059] 进一步地，由于润滑剂具有较大的疏水基团，水溶性偏差，而脂肪醇聚氧乙烯醚对其有一定的助溶效果，可以有效提高体系的水溶性，减轻硅粉团聚，降低脏污率。 [0060] 在一些实施例中，脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。 [0061] 在一些实施例中，润湿剂的分子量为364‑1046。 [0062] 在一些实施例中，有机溶剂选自二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙二醇丙醚、乙二醇二甲醚、二异丙醚中的至少一种。可以理解的是，有机溶剂可以进一步帮助润滑剂溶解，提高体系整体的水溶性，同时在切割过程中，随着循环过滤再补液，可以不断的在硅片表面富集，提高切割后半程的润湿性。 [0063] 在一些实施例中，金刚线的线径为30μm～32μm；例如，金刚线的线径可以为30μm、31μm、32μm中的任意一值或任意两值之间的范围。 [0064] 在一些实施例中，硅片的平均直径为182mm～210mm；例如，硅片的平均直径可以为182mm、183mm、185mm、188mm、190mm、192mm、195mm、198mm、200mm、202mm、205mm、208mm、210mm中的任意一值或任意两值之间的范围。 [0065] 在一些实施例中，提供一种大硅片切割液的制备方法，包括：称取各自质量份的组分；先将润滑剂溶于有机溶剂中，再依次加入润湿剂、防腐剂和去离子水，添加过程持续搅拌，控制搅拌温度为20‑45℃，搅拌时间为3～5h，至各组分完全溶解，然后静置、过滤，得到切割液。 [0066] 在一些实施例中，提供大硅片切割液在细线切割太阳能硅片中的用途。尤其是在切割大尺寸太阳能硅片领域的用途，太阳能硅片的尺寸为182mm～210mm。 [0067] 分别提供实施例1‑6的大硅片切割液，具体组分参见表1。 [0068] 表1 [0069] [0070] [0071] 提供对比例1‑4的大硅片切割液，具体组分参见表2。 [0072] 表2 [0073] [0074] [0075] 其中，对比例1与实施例1相比是未添加润湿剂；对比例2与实施例1相比未添加润滑剂；对比例3与实施例1相比未添加防腐剂；对比例4与实施例1相比未添加有机溶剂。 [0076] 以上各实施例和对比例中制备切割液的方法相似，具体为：称取各自质量份的组分；依次将润滑剂、有机溶剂、润湿剂、防腐剂和去离子水混合(对比例中不含有的组分则不添加)，添加过程持续搅拌，控制搅拌温度为30℃，搅拌时间为4h，至各组分完全溶解，然后静置、过滤，得到切割液。 [0077] 分别采用实施例1‑6和对比例1‑4的大硅片切割液进行性能对比，具体结果参见表3。 [0078] 表3 [0079]实施例/对比例 A级良率 B级良率 断线率 线痕 脏污率 实施例1 98.24％ 99.15％ 2.24％ 0.58％ 0.45％ 实施例2 98.06％ 98.87％ 2.44％ 0.77％ 0.49％ 实施例3 98.13％ 98.57％ 3.02％ 0.71％ 0.63％ 实施例4 97.34％ 98.44％ 3.11％ 0.61％ 0.51％ 实施例5 97.55％ 98.63％ 2.98％ 0.82％ 0.72％ 实施例6 97.73％ 98.68％ 3.58％ 0.81％ 0.66％ 对比例1 80.47％ 91.26％ 6.77％ 10.77％ 5.24％ 对比例2 81.56％ 92.41％ 5.38％ 6.11％ 9.33％ 对比例3 95.41％ 97.03％ 17.67％ 2.01％ 1.37％ 对比例4 95.13％ 96.34％ 15.83％ 1.45％ 1.98％ [0080] 其中，A级良率是指：完全符合出货标准硅片数量占切割硅片总数的比例。B级良率是指：完全符合出货标准的硅片数量和有轻微瑕疵但并不影响出货的硅片数量占硅片总数的比例。断线率是指：同一机台上，切割中出现断线的刀数占总刀数的比例。线痕是指：大多为划伤线痕，主要由硅粉团聚在金刚线与硅片之间，无法溢出，造成线痕。线痕的数值是指有线痕问题的硅片数量占硅片总数的比例。通过测试硅片厚度均值，超过某一数值则判定是有线痕问题的硅片，该数据为机器测量判定，直接计算的百分比。脏污率是指：硅片上有明显硅粉团聚，不易冲洗干净的硅片数量占硅片总数的比例。 [0081] 由表3可知，实施例1‑6的断线率要明显低于对比例，以此证明加入防腐剂能够对金刚线起到保护防腐的效果，有效防止断线。除此之外，从线痕和脏污率也可以看出，加入的润滑剂能够有效起到对硅片表面的保护作用，同时可以防止硅粉粘附在硅片上，从而使硅片表面更干净。 [0082] 以上对本申请实施例所提供的一种大硅片切割液、其制备方法和用途进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。 |
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