硅電池片傳送過(guò)程表面劃傷臟污的研究

武佳娜， 李雪方， 孟漢堃， 焦朋府

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

1 硅電池傳送過(guò)程中不良片的產(chǎn)生

太陽(yáng)能電池片的生產(chǎn)過(guò)程包括濕制程、熱制程及絲網(wǎng)印刷等。濕制程鏈?zhǔn)皆O(shè)備自動(dòng)加載、卸載由傳輸皮帶傳送硅片。全自動(dòng)硅片上料、下料機(jī)是太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備之一[1]。在傳送過(guò)程中,如果皮帶對(duì)硅片的磨擦過(guò)大,硅片表面極易出現(xiàn)劃傷臟污現(xiàn)象導(dǎo)致出現(xiàn)不良片。使用Electroluminescent電發(fā)光測(cè)試儀(簡(jiǎn)稱EL測(cè)試儀)進(jìn)行檢測(cè)，不良片的圖像如圖1。

圖1 EL測(cè)試儀下帶有劃傷臟污的電池片

2 硅電池片傳送過(guò)程表面劃傷臟污原因分析及優(yōu)化

從設(shè)備結(jié)構(gòu)可以看出，自動(dòng)上料設(shè)備是將硅片傳送入濕制程設(shè)備內(nèi)進(jìn)行工藝任務(wù)。自動(dòng)下料設(shè)備是將完成工藝任務(wù)的硅片，自動(dòng)導(dǎo)入空載體中。上料、下料設(shè)備主要由縱向傳送皮帶、橫向傳送皮帶、緩存裝置、升降裝置組成，如圖2。劃傷臟污包含上料臟污和下料臟污兩種類型。上料機(jī)沾染的臟污，硅片在槽體內(nèi)進(jìn)行化學(xué)品清洗腐蝕過(guò)程中，可以清洗去除。而下料機(jī)沾染的臟污，直接影響成品電池片的良率及轉(zhuǎn)換效率。

圖2 硅片下料機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

下料機(jī)的關(guān)鍵性能指標(biāo)為裝片效率、碎片率和臟污率[2]。本文主要研究如何降低臟污率。首先對(duì)劃傷臟污產(chǎn)生的具體位置進(jìn)行測(cè)試，使用dummy wafer分別對(duì)下料機(jī)的縱向傳送皮帶、橫向傳送皮帶、緩存裝置、升降裝置位置的皮帶進(jìn)行驗(yàn)證，得出劃傷臟污出現(xiàn)在下料設(shè)備的縱向傳送皮帶。硅片在皮帶上傳送的過(guò)程中，為了拉大與后一排硅片的距離，硅片在濕制程設(shè)備對(duì)接皮帶處剛接到硅片就加速行駛。這種加速傳送方式，會(huì)增加皮帶與硅片間的摩擦力，導(dǎo)致硅片表面出現(xiàn)劃傷臟污的現(xiàn)象[3-5]。

2.1 結(jié)構(gòu)分析

縱向傳送皮帶分為兩截，如圖3所示為下料機(jī)的縱向傳送段的第一截。此截為對(duì)接皮帶，簡(jiǎn)稱“皮帶一”，它的作用是將濕制程設(shè)備流出的硅片加速傳送，給后一排硅片留出足夠的路徑即裝載時(shí)間。

圖3 下料機(jī)縱向傳送第一截(簡(jiǎn)稱“皮帶一”)

縱向傳送皮帶的第二截，簡(jiǎn)稱“皮帶二”，是通過(guò)控制皮帶的運(yùn)行速度，使硅片停在橫向傳送皮帶上，且5條道的硅片在交接處排列整齊，如圖4所示。

圖4 下料機(jī)縱向傳送第二截(簡(jiǎn)稱“皮帶二”)

下料機(jī)在縱向傳送過(guò)程中，“皮帶一”和“皮帶二”為了給后排硅片爭(zhēng)取更多的流出時(shí)間，與濕制程設(shè)備對(duì)接的皮帶一剛接到硅片就立即加速運(yùn)轉(zhuǎn)，拉大縱向硅片之間排與排的距離。使用這種加速的傳送方式，會(huì)增加皮帶對(duì)硅片表面的相對(duì)摩擦，從而出現(xiàn)皮帶印跡臟污的現(xiàn)象[6]。

2.2 測(cè)試分析

1) 測(cè)試一：縱向傳送“皮帶一”與硅片的接觸面積測(cè)試，見圖5。

圖5 縱向傳送“皮帶一”與濕制程設(shè)備對(duì)接處

由表1可見，皮帶與硅片未完全接觸時(shí)，受力面積小，在傳送過(guò)程中，產(chǎn)生較大的摩擦力，致使硅片表面產(chǎn)生劃傷臟污；而硅片完全接觸皮帶時(shí)，如圖6，受力面積增大，傳送過(guò)程的皮帶摩擦力相對(duì)較小，未出現(xiàn)劃傷臟污的現(xiàn)象。由此可見，硅片與皮帶的接觸面積增大，皮帶對(duì)硅片的局部摩擦力減小，可以改善劃傷臟污的現(xiàn)象。

表1 硅片運(yùn)行至與“皮帶一”對(duì)接處的接觸面積測(cè)試

圖6 縱向傳送“皮帶一”與濕制程設(shè)備對(duì)接處(硅片完全接觸)

2) 測(cè)試二：皮帶運(yùn)行速度參數(shù)設(shè)置測(cè)試

通過(guò)測(cè)量運(yùn)行路徑,軟件優(yōu)化,對(duì)傳送皮帶的轉(zhuǎn)向、速度等參數(shù)進(jìn)行控制。具體為三方面的速度設(shè)置，設(shè)置一是“皮帶一”接片至硅片完全接觸的速度；設(shè)置二是硅片完全接觸皮帶后，皮帶的加速度；設(shè)置三是硅片運(yùn)行至“皮帶二”后，最終停在橫向皮帶上的減速度。 經(jīng)過(guò)測(cè)試,考慮產(chǎn)量、碎片率、臟污率后，得出了最佳的速度設(shè)置,如表2。

調(diào)整后的傳送速度是，硅片運(yùn)行至“皮帶一”時(shí)，“皮帶一”與濕制程設(shè)備的速度一致；待硅片完全接觸皮帶(如圖6)后，“皮帶一”的加速度為9 000 mm/min；硅片運(yùn)行至“皮帶二”時(shí)，“皮帶二”要先匹配“皮帶一”的加速度進(jìn)行接片，待完全接觸后，減速度為9 000 mm/min，最終停在橫向皮帶上，并由感應(yīng)器響應(yīng)排列整齊避免進(jìn)入載體的過(guò)程中發(fā)生堵片或者碎片現(xiàn)象，如圖7。這樣的設(shè)置有效地減少皮帶對(duì)硅片的磨損。

圖7 感應(yīng)器響應(yīng)后硅片的排列效果

2.3 優(yōu)化前、后對(duì)比

下料機(jī)傳送速度優(yōu)化后，硅片在傳送過(guò)程中的劃傷臟污已經(jīng)明顯改善，如圖8。

圖8 EL測(cè)試儀下帶有劃傷臟污的電池片(左)及優(yōu)化后的電池片(右)

對(duì)測(cè)試片進(jìn)行分類，優(yōu)化前和優(yōu)化后，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)工藝，得到如表3電性能參數(shù)。

表3 優(yōu)化前后的電性能參數(shù)

下料機(jī)皮帶優(yōu)化后，使用最佳參數(shù)設(shè)置，電池片的劃傷臟污EL不良片明顯消失；在電性能參數(shù)方面，大部分參數(shù)有少量提升，但此項(xiàng)仍需要更多的驗(yàn)證。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)傳送過(guò)程中皮帶摩擦硅片而產(chǎn)生劃傷臟污的原因進(jìn)行分析，從下料機(jī)的結(jié)構(gòu)開始研究，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)產(chǎn)生劃傷臟污的皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整設(shè)置，得出優(yōu)化傳送速度的具體方案：“皮帶一”的運(yùn)行速度與濕制程設(shè)備速度一致，硅片完全接觸皮帶后，“皮帶一”加速度行進(jìn)，加速度為9 000 mm/min，硅片運(yùn)行至“皮帶二”時(shí)，先匹配“皮帶一”的加速度進(jìn)行接片，硅片完全接觸后，減速度行進(jìn)，減速度為9 000 mm/min，最終使硅片停在橫向皮帶上。這樣的設(shè)置減少了皮帶對(duì)硅片的磨損，有效地去除了硅片在傳送過(guò)程中產(chǎn)生的劃傷臟污，使全自動(dòng)硅片下料機(jī)具有良好穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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