介绍
聚萘甲醛磺酸钠盐（Sodium poly [(naphthaleneformaldehyde) sulfonate], Na-PNFS）作为新型碱性制绒添加剂，具有分子中的磺酸基团与硅晶面的强吸附作用，可选择性保护 (111) 晶面，强化碱腐蚀的各向异性，同时兼具表面活性剂与分散剂的协同功能，显著提升硅片表面金字塔的分布均匀性。它的外观为浅棕色粉末，化学式为(C11H7O4SNa)n，它是一类阴离子型高分子缩聚物，分子主链为萘环与亚甲基连接的疏水骨架，侧链带有强亲水的磺酸基团，传统上用作混凝土减水剂、染料分散剂。将其引入晶硅制绒体系后，可通过磺酸基团与硅表面的特异性吸附调控晶面腐蚀速率。
图一 聚萘甲醛磺酸钠盐
制绒作用机制
单晶硅具有金刚石型立方晶系结构，不同晶面的原子排布与悬挂键密度存在显著差异：(100) 晶面每个硅原子带有 2 个悬挂键，(111) 晶面每个硅原子仅带有 1 个悬挂键。在碱性水溶液中，羟基通过进攻硅的悬挂键发生腐蚀反应，总反应式为：
图二 腐蚀反应式
聚萘甲醛磺酸钠盐调控腐蚀的核心机制在于分子中磺酸基团与硅晶面的强吸附作用。理论计算表明，磺酸基团与硅 (111) 晶面的吸附能为 - 6.08 eV，与 (100) 晶面的吸附能为 - 7.61 eV，均显著高于羟基与硅晶面的吸附能（(111) 面 - 5.29 eV，(100) 面 - 5.34 eV）。吸附能越低则结合越稳定，因此磺酸基团会优先占据硅表面的悬挂键，阻止羟基对硅原子的进攻，从而减缓腐蚀速率。由于(111)晶面悬挂键密度低，磺酸基团可占据其绝大多数悬挂键，大幅降低该晶面的腐蚀速率；而 (100) 晶面悬挂键数量多，磺酸基团无法完全覆盖，剩余悬挂键仍可与羟基反应发生腐蚀。这种差异化吸附进一步放大了两个晶面的腐蚀速率差，强化了腐蚀各向异性，能够在更低的硅片减重下快速形成致密、完整的金字塔织构，减少硅料损耗。
表面活性与分散协同效应
除了晶面吸附作用外，聚萘甲醛磺酸钠盐本身兼具高效表面活性剂与分散剂的功能。分子中的萘环疏水链与磺酸亲水基团构成典型的两亲结构，可显著降低碱溶液的表面张力，使腐蚀反应产生的氢气气泡更容易破碎并脱离硅片表面，避免气泡附着造成的局部腐蚀不均，消除表面花斑与色差。同时，作为高分子分散剂，Na-PNFS 可使制绒液中的各组分均匀分散，保证溶液体系浓度均一，使硅片不同区域的腐蚀速率保持一致，从宏观层面提升整片硅片的织构均匀性。
对制绒形貌与光学性能的调控
通过扫描电子显微镜对不同 Na-PNFS 添加量的制绒表面进行表征，可直观观察到形貌的演化规律：空白组（0 wt% Na-PNFS）表面存在大量孤立的大尺寸金字塔，同时分布着多处无金字塔覆盖的平坦区域，金字塔疏密不均、尺寸差异大；添加 0.1 wt% Na-PNFS 后，孤立大金字塔与平面区域显著减少，金字塔密度明显提升；当添加量达到 0.5 wt% 时，硅片表面完全被尺寸均一的致密金字塔覆盖，无明显平面区域与超大金字塔，形貌均匀性得到根本性改善。聚萘甲醛磺酸钠盐的加入增加了有效成核位点，使金字塔能够在整个硅片表面同步生长，避免了局部优先生长形成大金字塔的现象，最终实现全表面的均匀覆盖。
图二 电镜图
表面反射率的提升与均匀性
对半片 M12 尺寸硅片的 12 个测试点进行加权平均反射率测试，空白组平均反射率为 12.33%，各点反射率差异显著，方差高达 0.663；0.1 wt% 聚萘甲醛磺酸钠盐添加组平均反射率降至 11.43%，方差减小至 0.014；0.5 wt% 添加组平均反射率进一步降至 10.84%，12 个测试点的反射率方差仅为 0.006，较空白组降低两个数量级。反射率的降低得益于致密金字塔结构的多次反射减反效应，而方差的大幅下降则直接证明了 Na-PNFS 对织构面内均匀性的显著提升。从全波段反射曲线来看，0.5 wt% 组在 400~900 nm 的主波段范围内反射率均全面优于空白组，在 400~700 nm 的短波区域优势尤为明显，这是因为均匀的小尺寸金字塔对短波光子的捕获能力更强。
图三 表面反射率
对电池光电性能的提升
HJT 电池的光电性能
采用标准 HJT 工艺制备电池片，测试结果显示，随着聚萘甲醛磺酸钠盐添加量增加，电池的开路电压（Voc）、填充因子（FF）与转换效率（PCE）均呈显著上升趋势。0.5 wt% Na-PNFS 组的最优电池性能达到：Voc 743 mV，短路电流密度（Jsc）39.73 mA/cm²，FF 86.42%，PCE 25.53%，较空白组（22.72%）绝对提升 2.8 个百分点。性能提升的来源可分为三方面：一是均匀织构降低了表面反射率，提升了光吸收，带来更高的Jsc；二是优异的界面钝化降低了载流子复合，显著提升了Voc；三是均匀的表面形貌改善了后续薄膜与电极的接触均匀性，大幅提升了 FF。电池参数的良率与均匀性得到显著改善。空白组存在多片效率极低的失效电池，参数离散性大；而 0.5 wt% 组电池参数分布集中，良率大幅提升，这对大规模量产具有重要的实际价值。量子效率（QE）测试与电致发光（EL）成像表明均匀制绒的电池在宽波段内量子效率更高，EL 图像均匀无暗斑，内部缺陷极少[1]。
参考文献
[1]Li X ,Gao Z ,Li X , et al.Improving the pyramid uniformity on the texture of silicon HJT solar cells by sodium poly[(naphthaleneformaldehyde)sulfonate][J].Solar Energy Materials and Solar Cells,2026,304114424-114424.DOI:10.1016/J.SOLMAT.2026.114424.