单晶PERC背钝化层自动化设备降低吸盘印的研究

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