傳送結(jié)構(gòu)對(duì)晶硅電池性能影響的研究

申開愉， 郭 衛(wèi)， 張 波， 郭 麗， 李雪方

(山西潞安太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

晶硅電池在生產(chǎn)中，主要通過(guò)載體花籃在不同的設(shè)備之間進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，硅片從載體花籃到工藝設(shè)備中主要依靠傳送結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，如載體花籃至石墨舟、石英舟，載體花籃至鏈?zhǔn)角逑礄C(jī)臺(tái)等[1]。在這些傳輸過(guò)程中，主要通過(guò)吸盤、皮帶、滾輪等傳送結(jié)構(gòu)直接抓取和傳送硅片，因此，這些傳送結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)硅片造成擠壓，摩擦。抓取時(shí)的壓力調(diào)整錯(cuò)誤時(shí)，可能會(huì)對(duì)電池片造成磨損甚至碎片，而摩擦傳送時(shí)，可能會(huì)造成雜質(zhì)附著硅片表面，導(dǎo)致電池片性能異常[2]。調(diào)整這些傳送結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式，改善優(yōu)化傳送方式，更換傳送材料材質(zhì)等，都可以有效解決各類異常，從而保持正常生產(chǎn)穩(wěn)定性，降低不良比例，降低生產(chǎn)成本。

1 實(shí)驗(yàn)材料和工藝

實(shí)驗(yàn)中，使用金剛線切割的單、多晶硅片，外觀尺寸均為158.75 mm×158.75 mm的市場(chǎng)常見硅片。電池片工藝采用車間量產(chǎn)的PERC電池生產(chǎn)工藝。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鏈?zhǔn)皆O(shè)備滾輪影響

鏈?zhǔn)皆O(shè)備主要通過(guò)滾輪傳送硅片，在不同的槽體中完成工藝制備，其中下滾輪主要承載傳送硅片，上滾輪壓桿主要固定硅片位置，保證傳送方向，使硅片能夠完全浸沒在液體中。在風(fēng)刀烘干槽處，需要使用一定壓力的風(fēng)刀直吹硅片表面，將水分吹干，因此風(fēng)刀會(huì)對(duì)硅片表面施加較大的壓力，硅片容易變形，當(dāng)上滾輪結(jié)構(gòu)或者位置調(diào)整不當(dāng)時(shí)，就會(huì)造成硅片破碎或者磨損，通常這種磨損無(wú)法肉眼直接觀察到，需要借助EL測(cè)試才能發(fā)現(xiàn)。有滾輪印的EL檢測(cè)圖像，如圖1所示。

圖1 有滾輪印的EL檢測(cè)圖像

從圖1 的EL檢測(cè)圖像中，可以明細(xì)看出上滾輪壓桿磨損造成的黑色條紋不良，貫穿整個(gè)硅片，圖案位置和形狀與位置能夠和上滾輪壓桿完全對(duì)應(yīng)，因此可以判定該EL不良是此處滾輪造成。從該處槽體結(jié)構(gòu)可以分析，風(fēng)刀造成的壓力使壓桿對(duì)硅片造成的嚴(yán)重壓力。壓桿摩擦硅片造成損傷，壓桿取下后也可以看到與硅片接觸的位置有大量黑色雜質(zhì)和明顯的磨損痕跡。根據(jù)以上分析，將上滾輪位置提高2 mm，增大硅片傳送空間，同時(shí)，將窄接觸壓桿換為平滾輪壓桿，增加滾輪壓桿和硅片的接觸面積，減少壓桿對(duì)硅片的磨損。

改善后的滾輪，如圖2所示。從圖2可以看出，改善后經(jīng)過(guò)批量電池片生產(chǎn)測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)此類EL測(cè)試異常，上滾輪壓桿的形狀改善和壓桿位置的升高，可以有效解決滾輪造成的EL不良。

圖2 改善后的滾輪示意圖

2.2 皮帶連接方式影響

載體花籃中的硅片通過(guò)伸縮staker進(jìn)行傳送至上料處，目前有分體式和一體式兩種皮帶伸縮staker設(shè)計(jì)。

分體式皮帶中，伸縮staker皮帶和上料皮帶是分開傳送的，伸縮staker較窄，上料皮帶較寬，二者有部分重合，硅片經(jīng)過(guò)伸縮staker皮帶區(qū)，重合區(qū)，上料皮帶區(qū)進(jìn)行傳送，在傳送過(guò)程中，伸縮staker皮帶和上料皮帶不可能做到完全同步運(yùn)動(dòng)，因此不可避免的會(huì)造成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣在硅片表面會(huì)因皮帶運(yùn)動(dòng)不同步造成摩擦。分體式皮帶的異常EL檢測(cè)圖像，如圖3所示。

圖3 分體式皮帶的異常EL檢測(cè)圖像

如圖3所示，經(jīng)過(guò)單獨(dú)測(cè)試該設(shè)備的電池片，發(fā)現(xiàn)極易產(chǎn)生EL皮帶印異常。特別是在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后復(fù)產(chǎn)的批次中，可以發(fā)現(xiàn)約3%左右的皮帶印異常。

如圖4所示，一體式皮帶設(shè)計(jì)是伸縮staker和上料使用同一根皮帶，這樣在傳送硅片時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免了皮帶對(duì)硅片的摩擦。經(jīng)過(guò)批量測(cè)試對(duì)比，一體式皮帶沒有發(fā)現(xiàn)皮帶印異常，一體式皮帶設(shè)計(jì)可以有效解決此類傳送造成的EL不良。

圖4 一體式皮帶設(shè)計(jì)示意圖

2.3 滾輪皮帶交接影響

鏈?zhǔn)皆O(shè)備的下料端，硅片通常需要從滾輪轉(zhuǎn)送至下料皮帶，通過(guò)下料皮帶傳送。滾輪和皮帶同樣會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度不一樣，相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的硅片磨損。

從圖5兩幅圖中比較，可以看出，半成品電池片皮帶接觸位置出現(xiàn)了明顯的黑色顆粒，黑色顆粒區(qū)域的硅片表面仍然保留絨面形貌，而正常區(qū)域則呈現(xiàn)出方塊狀平整表面形貌[3]。

圖5 正常半成品電池片和經(jīng)過(guò)下料端皮帶的半成品電池片在顯微鏡下的對(duì)比圖片

文獻(xiàn)中表明[4-5]，拋光后的硅片正面的復(fù)合電流高于背面，硅片背面對(duì)于雜質(zhì)等影響更為敏感，皮帶對(duì)硅片背面造成的損失比正面更大，因此，在皮帶傳送方式下為減少皮帶摩擦損失，需要在滾輪和皮帶之間增加翻轉(zhuǎn)裝置，硅片傳送至滾輪末端時(shí)，首先進(jìn)入翻轉(zhuǎn)臺(tái)卡槽中，經(jīng)過(guò)翻轉(zhuǎn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)后，硅片正面朝下接觸皮帶后繼續(xù)傳送。這樣就避免了硅片背面接觸皮帶造成的影響，經(jīng)過(guò)后續(xù)觀察測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)硅片表面有黑色顆粒殘留。

3 結(jié)語(yǔ)

a) 鏈?zhǔn)皆O(shè)備滾輪對(duì)硅片有重要影響，特別是風(fēng)刀處會(huì)對(duì)硅片有額外的風(fēng)壓，滾輪擠壓硅片后極易造成磨損和EL不良，此處滾輪設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)增高上滾輪位置，上滾輪形狀可以由卡環(huán)式更改為平直式滾輪，增大上滾輪與硅片的接觸面積，減少硅片受到的壓強(qiáng)，可以有效解決滾輪位置造成的電池片EL不良問(wèn)題。

b) 皮帶傳送方式會(huì)造成電池片EL皮帶印異常，通常這種異常是由于皮帶傳送速度不一樣，硅片在傳送過(guò)程中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，皮帶摩擦硅片造成的。分體式皮帶很難做到完全一致的傳送速度，因此，一體式皮帶是有效解決此類問(wèn)題的方法，同時(shí)還可以靈活選擇硅片接觸面(硅片背面或者正面接觸皮帶)，而分體式皮帶通常只能夠硅片正面接觸皮帶。

c) 滾輪與皮帶交接處，通常也會(huì)由于二者傳送速度不一樣，造成硅片的磨損，甚至肉眼可見的劃傷，這種情況下需要增加翻轉(zhuǎn)裝置，滾輪末端正面朝上傳送的硅片經(jīng)過(guò)翻轉(zhuǎn)臺(tái)后，變?yōu)檎娉陆佑|皮帶后傳送，這樣既可以避免復(fù)合速率較低的硅片接觸皮帶，又可以避免滾輪皮帶相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的劃傷，有效解此類異常問(wèn)題。

生產(chǎn)設(shè)備的傳送結(jié)構(gòu)不僅對(duì)硅片可以造成肉眼可見的劃傷，還可以造成EL測(cè)試異常，改變滾輪位置和形狀、優(yōu)化皮帶傳送方式、以及增加交接處的翻轉(zhuǎn)裝置，均可以有效解決上述問(wèn)題，提高生產(chǎn)良率。