单晶PERC背钝化层自动化设备降低吸盘印的研究-solarbe文库

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第18期收稿日期2019 -06 -12 作者简介张云鹏（1985 ）,山西晋中人,工程师,主要从事光伏设备。单晶PERC背钝化层自动化设备降低吸盘印的研究张云鹏，赵科巍，鲁桂林，郭鹏，郭丽，郭卫，杨飞飞，吕涛，刘文超（潞安太阳能有限责任公司,山西长治 046000）摘要单晶PERC全称为发射极及背表面钝化的太阳能电池,是一种高效的晶硅光伏电池结构。在单晶PERC电池生产过程中,自动化设备极易对背钝化层造成吸盘印。针对此现象,对机械手点位、吸盘的压力和打磨吸盘并调整机械手运行轨迹三个方面进行优化后,吸盘印问题得到了彻底的解决,改善了设备的运行状态,提高了产品的良率。关键词PERC;背钝化;吸盘印;良率中图分类号TM914.4 文献标识码A 文章编号1008 -021X（2019）18 -0121 -02 单晶PERC全称为发射极及背表面钝化的太阳能电池,是一种高效的晶硅光伏电池结构,主要生产流程是制绒-扩散 -碱抛-去PSG -氧化-正PECVD -背PECVD -激光-丝网印刷-烧结-测试分选。背PECVD是单晶PERC生产线的必备工艺[1],利用在电池背面形成钝化层,与薄膜的氢钝化效应, 将硅片的有效载流子寿命从10 - 20μs提高到100 - 200μs,这样可以极大地提升电池片的内量子效率,从而提高单晶电池片转换效率[2]。在电池片生产过程中的自动化设备吸盘吸取硅片时,极易对背钝化层造成吸盘印。在EL测试中,能明显的表现出来,如图1所示,降低硅片背钝化层的吸盘印比例问题迫在眉睫。图1 对背钝化层造成的吸盘印 1 吸盘印产生原因分析背PECVD工序使用的自动化设备是全自动石墨舟插片机,由机器人带动吸附组一次抓取26张硅片放入石墨舟内,进行背PECVD工艺。在运行过程中,产生背钝化层吸盘印的因素主要有以下二个方面（1）吸盘的真空度太高,压力过大,导致在吸盘吸孔与硅片未接触处使硅片产生了形变,损坏了硅片表面的膜,而留下了印记。（2）硅片插取片过程中,吸盘与硅片产生了摩擦,发生了相对运动,产生了吸盘印。吸盘印问题一直困扰着整个电池片的生产,为了解决吸盘印问题,我们通过试验跟踪测试,最后找出了具体的解决办法。 2 采取的改善措施 2.1 机械手点位的优化机械手吸附组点位是对内置参数的修正,主要对Y轴和Z 轴参数进行修正,如调整机械手远离舟壁,则只需要在原有修正点位上加上相应的数值即可“Y ”,如调整机械手靠近舟壁, 则只需要在原有修正点位上减掉相应的数值即可“Y - ”。如调整机械手远离舟底部卡点,则只需要在原有修正点位上加上相应的数值即可“Z ”,如调整机械手靠近舟卡点,则只需要在原有修正点位上减掉相应的数值即可“Z - ”。为降低吸盘印比例,对Y轴和Z轴参数进行优化调整。针对同一台PECVD炉和固定的一台上下料设备,试验使用固定的1个石墨舟,对经过Y轴和Z轴参数优化,具体优化步骤,如表1所示。表1 机器人点位优化步骤序号具体步骤 1硅片远离舟底部卡点0.02mm,远离舟壁0.02mm 2硅片远离舟底部卡点0.02mm,远离舟壁0.04mm 3硅片远离舟底部卡点0.02mm,远离舟壁0.06mm 4硅片远离舟底部卡点0.02mm,远离舟壁0.04mm 5硅片远离舟底部卡点0.03mm,远离舟壁0.04mm 6硅片远离舟底部卡点0.04mm,远离舟壁0.04mm 图2 不同点位的吸盘印比例从图2中可以看出,Y轴和Z轴参数优化后,吸盘印比例有一定下降,从35下降为24,下降比例为11。因此,优化机械手点位对降低的吸盘印比例有一定的改善效果。 2.2 调整吸盘的压力吸附组由26片独立吸盘组装而成,每片吸盘上含有3个弹簧。当真空打开后,弹簧吸嘴有了一定的负压,在吸取硅片的过程中,产生微量弹性浮动,3个弹簧吸嘴贴紧硅片进行吸附。如果吸盘产生的真空度太高,压力过大,而电池片源厚度较薄,在吸盘吸孔与硅片未接触处的使硅片产生了形变,损坏了硅片表面的膜,从而留下了吸盘印。因此,需要对吸盘真空发生器的进气压力进行调整。针对同一台PECVD炉和固定的一台上下料设备,试验使用固定的1个石墨舟,压力分别调整为为0. 5MPa、0. 45MPa、 0. 4MPa、0. 35MPa和0.30MPa。 ·121·张云鹏,等单晶PERC背钝化层自动化设备降低吸盘印的研究万方数据山东化工图3 不同压力的吸盘印比例从图3中可以看出调整不同压力后,吸盘印比例有一定下降,从24下降为18,下降比例为6。但是如果压力再小就会出现掉片的问题,最佳压力为0.35MPa。因此,调整压力后对降低的吸盘印比例也有一定的改善效果。 2.3 打磨吸盘并调整机械手运行轨迹观察发现,吸附组的吸盘表面非常的粗糙,吸盘与硅片接触时,很容易造成吸盘印。用制绒后的片子对吸盘进行手工打磨,上下打磨3组,一组100次,发现吸盘表面的光滑度有明显的改善。吸附组插入硅片的过程中,如果硅片太贴紧舟叶片旋转,虽然硅片落入卡点的效果很好,但是一定会产生吸盘印;如果硅片远离舟叶片旋转,会使硅片卡的太松,存在掉片的风险。因此,在优化点位的基础上,试验直接取消整个旋转过程。针对同一台PECVD炉和固定的一台上下料设备,试验使用固定的1个石墨舟,用制绒后的片子对吸盘进行打磨,上下打磨3组,一组100次,并且试验了带旋转和不带旋转的点位。从图4中可以看出打磨吸盘并调整机械手运行轨迹后,吸盘印比例有下降明显,从18下降为0,下降比例为18。因此,打磨吸盘并调整机械手运行轨迹后对降低吸盘印的比例有非常好的效果。图4 打磨旋转位点的吸盘印比例 3 结论对机械手点位、调整吸盘的压力和打磨吸盘并调整机械手运行轨迹三个方面进行优化后,吸盘印问题得到了彻底的改善。解决了背钝化层自动化设备的吸盘印问题,改善了设备的运行状态,提高了产品良率,为后续产线良率的提高带来新的思路和参考。在光伏产业化规模发展的现阶段,降本提效是光伏行业发展的关键,随着电池片PERC电池生产的日渐增产,产量和效率得到同步提升时,良率的提升也会得好更大的关注。参考文献 [1]陈璐,吴翔,等. PERC太阳能电池生产工艺研究[D]. 北京中国电子学会,2017. [2]康冬妮.单晶PERC电池片AL2O3钝化层划痕的解决方法 [J].工业设计,2017（5）141 -142. （本文文献格式张云鹏,赵科巍,鲁桂林,等.单晶PERC背钝化层自动化设备降低吸盘印的研究[J].山东化工,2019,48 （18）121 -122. ） ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ （上接第120页）（6）汽包通汽至1. 6MPa,气冷水段管束和汽段管束均与汽包保持连通,预热各管束;同时,吹扫时,空气从熔盐携带的热量比较大且有一部分铁盐会在气冷内燃烧,若管束处于空管状态的话容易烧坏管束。 2.3.2.2 气体冷却器的吹扫开启电拖风机。空气经空气加热器预热后又携带反应器内的熔盐热进入气体冷却器。随着吹扫时间的延长,气体冷却器内各温度点均开始上升,待气冷尾部和气冷出口的温度接近 140℃时,我们就会发现气冷尾部防爆口处就有火星冒出。一般,我公司将气冷出口温度吹至180℃时,就停止吹风。待气冷内部自燃降温至130℃以下时,再进行第二次吹风。如此反复吹扫,直至气冷尾部防爆口处无火星冒出为止。若煮洗效果比较理想,一般吹扫三至四次就可吹扫干净。 3 气体冷却器煮洗后的效果气体冷却器煮洗吹扫后,装置运行期间无燃爆事故,且装置运行的风量明显提高,系统阻力明显降低,投料量增加。现将煮洗前后的运行数据对比如下表1 气冷煮洗前后的运行数据对比运行周期风机出口压力/ kPa反应器上封头压力/ kPa风量/ Nm3 / （h台）气萘投料量/ Nm3 / （h台）煮洗前55 45 30000 2000 煮洗后51 40 37000 2600 4 气体冷却器煮洗的弊端煮洗气体冷却器也存在一些弊端。（1）煮洗后排水时易发生烫伤事故。（2）煮洗过程中产生大量的废水。（3）对管束的损伤比较大,特别是煮洗效果不理想,管束内残存铁盐比较多时,吹扫时该部分铁盐在气冷内部燃烧很容易烧坏管束。 5 结语自萘法苯酐工艺改造后,公司对气体冷却器进行了多次的煮洗吹扫,吹扫后再开车时无燃爆事故发生且装置运行负荷大幅提升。但由于煮洗对管束的损伤比较大,在日常生产中,仍需要优化工艺操作来延缓气冷的堵塞。同时,气冷堵塞后是否有其他更好的解决措施仍值得继续探讨。（本文文献格式周保红.苯酐气体冷却器堵塞后的煮洗和吹扫措施[J].山东化工,2019,48（18）119 -120,122. ） ·221· SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY 2019年第48卷万方数据