CN102903787A - 一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备。设备包括连续式真空室、气路控制系统、电控系统、加热系统、镀膜系统、激光系统、抽气系统。其中真空室1为进片室，真空室2为缓冲室，真空室3为溅射镀铝膜室，真空室4为缓冲室，真空室5为激光掺杂室，真空室6为激光烧结室，真空室7为缓冲室，真空室8为出片室，进出片室装有可手动开关的真空门，同时可翻转进出片，缓冲室、镀膜室、激光掺杂室及激光烧结室设有预热系统。真空室之间以高真空阀门相联接，并具有可独立无级调速的传动系统。真空机组由机械泵组、废气处理装置、阀门及管道系统等组成。电控系统的PLC控制器控制气体的压强、加热温度、传动系统。

Description

一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池设备制造领域，尤其是一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备。

背景技术

晶体硅太阳能电池是目前太阳能电池产业化的主流产品，其中丝网印刷然后烧结是其制备背电极的典型工艺。这道工艺对丝印设备要求较高，目前为止，国内太阳能电池生产厂家所选用的设备绝大多数都为国外设备。即使这样，这道工序仍然是破片率最高的一道工序，对于太阳能电池的成品率极为关键。

丝印中使用的铝浆或者银铝浆料随着晶体硅生产的扩大也变得非常紧俏，导致生产成本较高。同时，丝印时电极的厚度远远大于做为背电极所需的厚度，对于材料来说也是一种浪费。

为了解决上述问题，以实现高效快速生产的同时又能节约材料，降低成本，发展出一种免接触式制备晶体硅电池背电极，采用真空镀膜及激光烧结相结合的方式实现晶体硅电池背电极的制备，从而简化了工艺流程，节省了电极材料，同时也降低了破片率，其中，针对于肖特基结的单面电极太阳能电池这种结构，利用这种新的工艺并且整合掺杂工艺，可设计出一种连续式设备，将镀铝膜工艺、肖特基结的制备及激光烧结工艺采用同一条生产线实现，以实现其大规模，自动化生产的需要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对新型太阳能电池结构肖特基结单面电极太阳能电池，提供一种工艺简单、质量可靠、可操作性强的连续式生产线，便其镀铝膜、肖特基结制备及背电场烧结工艺形成一条连续的生产线。

技术方案：

本方案包括连续式真空室、气路控制系统，电控系统、真空抽气系统、镀膜系统、激光系统等，其中镀膜系统采用溅射镀膜方式，用以在晶体硅表面均均布置电极材料；激光系统位于真室室上方，分掺杂用激光系统和烧结用激光系统，其中所述掺杂用激光系统可对真空室内的晶体硅表面的电极材料选择性加热使其渗入晶体硅片内形成栅状或梳状PN结；所述烧结用激光系统可对真空室内的晶体硅表面的电极材料选择性加热使其渗入晶体硅片内形成铝背电极；传动系统可分段独立无级调速的，适应各段工艺不同的传送速度。

连续真空室与气路控制系统通过导气管、阀等，与电控系统通过各种电气组件，与真空抽气系统通过真空元器件分别连接。其中气路控制系统为连续真空室中的缓冲室及镀膜真空室提供工艺气体；各工艺气体通过阀门、质量流量计流进镀膜真空室。电控系统分别与连续真空室、气路控制系统、真空机组进行连接并实施控制，电控系统对连续真空室的控制主要是进出样片、激光器功率、工艺气体压力、样片加热温度、激光器照射样片时间等；电控系统对气路控制系统的控制主要是导气阀门的开闭时间、气体流量计的测量等；电控系统对真空机组的控制主要是机械泵启动、停止，真空阀门的开闭及互锁、抽气时间等。其中真空机组与连续真空室相连接，主要对连续真空室抽真空，为溅射、激光掺杂及激光烧结工序提供本底真空度，保证掺杂质量；真空机组中前级泵排气口与废气管路相连接，废气经管道排出后经过处理至符合环保标准后排入大气。

连续真空室依次由进片室、缓冲室、镀膜室、缓冲室、激光掺杂室、激光烧结室、缓冲室、卸片室组成，其中各位置上的缓冲室可设为若干或者取消，镀膜室、激光掺杂室及激光烧结室可设成若干。真空室材质为可耐酸碱的不锈钢，通常采用316L不锈钢，腔室整体外形为长方形，内部为多腔室结构。进出片室装有带翻转活动阀门并可手动开关的真空门，以方便取放样片，其余各室以真空阀门相联接，可采用真空翻板阀或者真空插板阀，可在样片在各室间传送时快速开闭。

镀膜真空室内部顶端设有方形平面靶，采用用卧式溅射镀膜，其镀膜厚度控制在控制在0.5-1.0μ之间。

激光掺杂真空室顶部装有真空密封的玻璃窗，其尺寸面积大于样片面积，玻璃窗上方装有激光系统，可发出若干道横向线激光或者面激光，激光的横向长度大于待处理样片的长度，保证激光可以对基片进行选择性照射。采用激光器可为连续式固体激光器或者准分子激光器。

激光烧结真空室顶部装有真空密封的玻璃窗，其尺寸面积大于样片面积，玻璃窗上方装有激光系统，可发出若干道横向线激光或者面激光，激光的横向长度大于待处理样片的长度，保证样片全部的面积可以得到激光照射。采用激光器可为连续式固体激光器或者准分子激光器，优选为连续式固体激光器。

做为其中一个优选方案，激光掺杂和激光烧结真空室可设计为一个真空室。

缓冲室、镀膜室、激光掺杂室、激光烧结室之中设有加热系统，可对基片加热。其加热系统可以在缓冲室、镀膜室、激光掺杂室及激光烧结室内设置成不同温度，以模拟普通烧结设备的加热曲线。其加热系统温控调节范围在0-500℃之间。

各腔室正面装有金属观察窗，后面由真空管道及真空阀门跟真空抽气系统相连接。各腔室内部装有可独立无级调速的传动系统及载片小车，传动系统可为辊传动或者齿轮传动等常规传动系统。其中载片小车由铝板及带有弹性的可耐高温不容易挥发的弹性压片组成，弹性片经定位销固定在铝板上适当位置。传动系统与载片小车间为磨擦式传输，保证传送速度平稳均匀。

真空机组由机械机组、高真空泵及真空管道组成。其中高真空泵可以采用低温泵、分子泵等，高真空泵与真空室之间以高真空阀门相连接。机械机组跟高真空泵通过前置阀相联接，跟真空室通过粗抽阀门相连接。真空管道采用不锈钢真空管和真空波纹管连接。

气路控制系统主要用于实现对工艺气体的流量控制。主要部件包括质量流量计、单向阀、气动截止阀、导气管路、减压阀、气瓶。工艺气体由气瓶中流出，经过减压阀、质量流量计、单向阀、气动截止阀进入镀膜真空室及相邻缓冲室并均匀布气；气路控制系统各个部件间通过不锈钢管进行连接，气路控制系统控制信号由电控系统(PLC)提供。

电控系统主要由PLC控制器组成，PLC控制器本身带有基本操作程序，设有可变参数，可变参数由操作人员通过屏幕进行设定，设定的参数通过PLC对被控制部件进行控制。同时，PLC也可以跟个人计算机相连接，对工艺过程中的各项参数实行实时跟踪和记忆储存，将计算机连接上网，可以实现对工艺的远程控制及监控。

在基片经过本设备的所有工艺之后，再对其背电极沿着肖特基结与基片的交界处划线，即可完成掺杂肖特基结和背电场制备工艺。

有益成果：本发明是针对现有晶体硅太阳能电池生产过程中，采用溅射镀铝膜后激光烧结背电场的新工艺而设计的激光制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备。这种设备可以快速，大量地实现高质量，高稳定性及低破片率的生产，由于是连续式设备，可以自动化控制，很容易实现规模化生产。同时，由于镀膜及烧结工艺相对于丝印及高温烧结设备，其要求较容易实现，国内可以自行生产，避开了国内晶体硅太阳能电池生产丝印设备必须依赖进口的局面。

由于在多个真空室内设置了预热系统，可以使基片的加热曲线尽量与现有的烧结温度曲线相类似，在实现其它工艺过程的同时，也实现了部分烧结的过程，不但使工艺变得流畅，也加快了其进度。

同时，由于溅射镀膜可以精确控制镀膜厚度，将其厚度控制在0.5-1.0μ之间，即可满足工艺要求，也节约了电极材料，同时节省了镀膜室的长度，节约了成本。

另外，这道工序将镀背电极、制备肖特基结及烧结背电场放在一套连续的设备中完成，可以方便自动化生产及大幅度提高生产效率。

总之，此设备使背电极的制造难度大大降低，实现了免接触，自动化，同时，由于设备的设计合理流畅，其设备的制造成本和技术难度都相对较低。

附图说明

附图1为系统模块图

附图2为系统结构图

附图3为传动辊示意结构正视图

附图4为传动辊示意结构俯视图

附图5为硅片载片托板正视图

附图6为硅片载片托板俯视图

具体实施例

如图1所示，本发明主要由连续式真空室系统、气路控制系统、电控系统、真空抽气系统组成。其中电控系统对连续式真空室系统，气路控制系统、真空抽气系统实行控制。

连续式真空室与真空抽气系统的连接方式如图2所示，其中真空室1为进片室、真空室2为缓冲室、真空室3为溅射镀膜室、真空室4为缓冲室、真空室5为激光掺杂室、真空室6为激光烧结室，真空室7为缓冲室、真空室8为出片室，高真空泵901、机械机组903由真空阀门902联接。真空镀膜室3上方设有平面靶301，置于激光掺杂真空室6上方的激光系统a502由支架a503固定于玻璃窗a501正上方，置于激光烧结真空室6上方的激光发射系统b602由支架b603固定于玻璃窗b601正上方。观察窗11位于真空室侧面，每个真空室皆有一个。进出片室外端由高真空阀门12密封，并可手动开关。其它两真空室间由高真空阀门10相连接。

如图3、4所示传动辊系统位于真空室下方，包括辊棒13及动密封套14，各真空室可以分别实现不同的传动速度。图5、图6为载片架，由铝板18、塑料王压片17、开口销16及定位销15组成。

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明：

设在156×156的晶体硅太阳能电池基片为例，载片小车载片量为10片，生产节拍10分钟一炉。根据载片小车尺寸计算出各真空室尺寸，由真空室大小及生产节拍和工艺需要达到的真空度确定真空抽气系统的配置。其生产过程如下，关闭真空室门，对进片室、各缓冲室、溅射镀膜室、激光掺杂室、激光烧结室、出片室进行抽真空，同时，开启各真空室内预热系统，将预热温度从第一个或组缓冲室开始依次设为200℃、200℃、250℃、450℃、450℃。当真空度达到本底真空度时，向镀膜真空室内通入工艺气体，当预热温度，加热时间及镀膜真空室内压强符合工艺条件时，打开进片室端部的阀门，将载片架放入真空室内传动系统辊上，当传动辊运行到进片室另一端时，其真空度要达到本底真空度，然后打开进片室与缓冲室之间的真空阀门，将载片小车传送到缓冲室，然后关闭进片室与缓冲室之间的真空阀门，此时可开启进片室端真空阀门，进第二批载片小车。载片小车经由缓冲室通过缓冲室与镀膜室之间的阀门到达镀膜室，开启平面靶对基片进行镀膜，当镀膜完成时，基片恰好到达镀膜室另一端，然后阀门开启，使其进入与镀膜室这一端相邻的缓冲室，并经由缓冲室到达激光掺杂室室，开启激光系统照射基片上需要制备肖特基结的区域，保证工艺温度及传动速度满足渗杂工艺要求，当小车到达激光掺杂室另一端，掺杂完成并开启阀门，使载片小车通过阀门进入激光烧结室，或者激光掺杂系统与激光烧结系统处于同一室，载片小车完成掺杂工艺后恰好位于烧结激光系统工作范围内，开启烧结用激光系统照射基片，保证其每一部位达到的温度及保持时间符合工艺要求，并在完成工艺时小车到达激光烧结室的另一端，然后载片小车通过阀门，依次经过缓冲室、出片室完成工艺过程。

本设计方案将镀电极材料、激光掺杂及激光烧结用一条连续生产线完美地结合起来，简化了操作过程，缩短了工艺时间。由于真空镀膜所用的材料非常干净，而激光掺及激光烧结也在洁净的真空条件下进行，不会对硅片内部引入杂质，有利于保证工艺品质。同时，由于这种新工艺本身的免接触式特点，可以极大地避免破片和隐裂，保证了成品率。载片小车充分考虑了硅片的脆性及不同生产线条件下产量的不同，设计简单而且可以根据产量不同调节每车的载片量。各个真空室的传动系统可以独立无级调速，可以充分保证在不同的工艺阶段，对传动系统的不同要求，如工艺条件需求发生变化，传动系统也可以有弹性地满足其要求，增加其设备的兼容性。如在本实施例中，采用线性激光器，掺杂室在掺杂过程中则需要考虑传动速度的设置及激光功率和掺杂深度的要求。独立调速，可以在不影响其它工艺环节的情况下实现，使这种改变变得容易。

本发明提供了一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备的设计方案，是一种对应于新技术的新设备方案，依据本设计方案的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径还有很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术方案原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，包括连续式真空室、气路控制系统，电控系统、真空抽气系统、镀膜系统、激光系统等，其特征在于

镀膜系统采用溅射镀膜方式，用以在晶体硅表面均均布置铝电极材料；

激光掺杂室中激光系统位于真空室上方，可对真空室内晶体硅表面的电极进行选择性加热使其渗入晶体硅片中形成肖特基结；

激光系统位于激光烧结真空室正上方，可对真空室内的晶体硅表面的电极材料加热使其烧结成型；

分段可独立无级调速的传动系统，适应各段工艺不同的传送速度。

2.如权利要求1所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于，进出片室、镀膜真空室和激光掺杂真空室、激光烧结真空室之间设置有缓冲室。

3.如权利要求1所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于缓冲室、镀膜室、激光掺杂真空室、激光烧结室之中设有预热系统，可对基片加热。

4.如权利要求1及权利要求3所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于其加热系统可以在缓冲室、镀膜室、激光掺杂室、激光烧结室内设置成不同温度，以模拟普通烧结设备的加热曲线。

5.如权利要求1及权利要求3所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于加热系统范围在0-500℃可调。

6.如权利要求1所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于镀膜系统采用卧式溅射镀膜系统。

7.如权利要求1所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于采用专门设计的平板小车，以平稳传递晶体硅片。

8.如权利要求1所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于传动系统与平板小车间为磨擦式传输，传送速度平稳均匀。

9.如权利要求1所述的一种制备肖特基结单面电极太阳能电池铝背电极的设备，其特征在于基片镀铝膜厚度控制在0.5-1.0μ之间。

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