CN106784062A - 一种硅片清洗制绒装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种硅片清洗制绒装置及其方法，该清洗制绒装置包括去损伤槽体、第一溢流清洗槽、制绒槽体、第二溢流清洗槽、第一酸槽体、第三溢流清洗槽、机械臂、花篮和卡爪，机械臂水平移动地设置于各个槽体的上方，卡爪设置于机械臂上，机械臂上还一体连接有一由控制器控制的喷淋装置，花篮的两端均延伸设置有与卡爪卡接的延伸端，硅片放置于花篮中，机械臂、喷淋装置和卡爪上下抬升运动时带动所述花篮上下运动，实现放置在花篮中的硅片在各个槽体内的清洗。本发明可以在正常生产线的基础上，在不增加硅太阳电池生产步骤的前提下，最大限度地提高硅片经过清洗制绒后的表面质量，不增加工艺时间，不影响企业的产量，最终提高电池片性能。

Description

一种硅片清洗制绒装置及其方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池板制造技术领域，更具体地说，涉及一种硅片清洗制绒装置及其方法。
背景技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，是当前利用太阳能的主要方式之一，光伏发电因其无枯竭危险；安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区；无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；能源质量高等优点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此，深入研究和利用太阳能资源，对缓解全球资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。
目前，单、多晶硅太阳电池的主要制造工艺已经标准化，其主要步骤如下：a. 化学清洗及表面织构化处理：通过化学反应使原本光亮的硅片表面形成凸凹不平的结构以增加光的吸收。
b. 扩散：P型硅片在磷扩散后表面变成N型，形成PN结，使得硅片具有光伏效应。扩散的浓度、深度以及均匀性直接影响太阳电池的电性能，扩散进杂质的总量用方块电阻来衡量，杂质总量越小，方块电阻越大。
c. 周边刻蚀：该步骤的目的在于去掉扩散时在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层。
d. 沉积减反射膜：目前主要有两类减反射膜，氮化硅膜和氧化钛膜，主要起减反射和钝化的作用。
e. 印刷电极。
f. 烧结：使印刷的电极与硅片之间形成合金的过程。
在太阳能电池的主要制造工艺中，清洗制绒工艺是第一步工艺，其作用是去除硅片制造过程中留存在硅片表面的杂质，然后在硅片的表面形成均匀的小且密的绒面，增加对光的吸收，同时保证后续的磷扩散工艺、PECVD工艺，进而保证丝网烧结后太阳能电池的效率，所以经过清洗制绒工艺后的硅片表面绒面的大小、形态、均匀度以及硅片表面的光亮程度对整个电池片的生产和其最终转换效率有着至关重要的影响。
现有技术中，在清洗制绒过程中，时常出现盛装液体的槽体槽盖不能及时打开，运送花篮的机械臂故障停止等现象，这就会导致此时清洗制绒出的硅片表面有药液的残留或者由于水分自然蒸发留下的水印，或轻微或较严重，这对后面的成产工艺造成很大影响，更制约着成品电池片的外观合格率及最终的转换效率。
因此，如何提供一种有效的清洗工艺对制绒工艺中的硅片进行有效清洗已成为目前业界亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种硅片清洗制绒装置及其方法，以便对硅片进行有效清洗，从而进一步降低反射率，提高电池的性能。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种硅片清洗制绒装置，包括去损伤槽体、第一溢流清洗槽、制绒槽体、第二溢流清洗槽、第一酸槽体、第三溢流清洗槽、机械臂、花篮和卡爪，六个槽体并排排列，所述机械臂水平移动地设置于各个槽体的上方，所述卡爪设置于所述机械臂上，所述机械臂上还一体连接有一由控制器控制的喷淋装置，所述花篮的两端均延伸设置有与所述卡爪卡接的延伸端，所述硅片放置于所述花篮中，所述机械臂、所述喷淋装置和所述卡爪上下抬升运动时带动所述花篮上下运动，实现放置在花篮中的硅片在各个槽体内的清洗。
优选地，所述6个槽体相互之间均设置有用于隔离的隔板。
优选地，所述6个槽体上方均自动开合连接有一槽盖。
优选地，所述机械臂的两端对称固定设置有两对卡爪，所述卡爪为倒7字型，每对所述卡爪的下端分别开设有一用于挂设所述花篮的延伸端。
优选地，所述喷淋装置上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至清洗剂供给管路。
优选地，所述喷淋装置包括至少一根管路，每个所述管路上均开设有多个用于喷射的喷孔，每个所述管路为耐腐蚀的管路。
优选地，还包括并排排列的第四溢流清洗槽、第二酸槽体和第三酸槽体。
同时，为了实现上述目的，本技术方案还提供了一种硅片清洗制绒方法，包括如下步骤：
S1、槽盖打开，所述机械臂向下运动将放置有硅片的花篮放置于所述去损伤槽体中进行清洗，该清洗时间为3min，所述去损伤槽内的溶液为氢氧化钾、双氧水和纯水的混合溶液，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述去损伤槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为60～70℃；
S2、所述机械臂水平移动将经S1步骤后的硅片放置于第一溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为3min；
S3、槽盖打开，所述机械臂向下运动将动将经S2步骤后的硅片放置于制绒槽体中进行清洗，清洗时间为15～30min，所述制绒槽体内的溶液为氢氧化钾和添加剂的混合溶液，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述制绒槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为65～75℃；
S4、所述机械臂水平移动将经S3步骤后的硅片放置于第二溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为2min；
S5、槽盖打开，所述机械臂向下运动将放置有硅片的花篮放置于所述第一酸槽体中进行清洗，清洗时间为3min，所述酸槽体的溶液为氢氟酸，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述第一酸槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为20～25℃；
S6、所述机械臂水平移动将经S5步骤后的硅片放置于第三溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为2min。
优选地，所述去损伤槽内中的氢氧化钾为500ML，双氧水为16L，纯水为160L，所述制绒槽体中的氢氧化钾为500～600ML，所述第一酸槽体中的氢氟酸为8L。
优选地，还包括以下步骤：S7：所述机械臂水平移动将经S6步骤后的硅片放置于第四溢流清洗槽中进行水洗，所述第四溢流清洗槽水洗的时间为2min；S8：所述机械臂水平移动将经S7步骤后的硅片放置于所述第二酸槽体中进行水洗，所述第二酸槽体酸洗的时间为3min，所述第二酸槽体中的盐酸为28L；S9：所述机械臂水平移动将经S9步骤后的硅片放置于所述第三酸槽体中进行水洗，所述第三酸槽体酸洗的时间为3min，所述第三酸槽体中的氢氟酸为16L。
本发明技术方案的优点主要体现在：本发明可以在正常生产线的基础上，在不增加硅太阳电池生产步骤的前提下，最大限度地提高硅片经过清洗制绒后的表面质量，不增加工艺时间，不影响企业的产量，最终提高电池片性能。本发明还提供了一种应用于硅太阳电池的清洗制绒方法，此工艺可以在正常生产线的基础上对设备进行改进，使清洗制绒后的硅片表面清洁、颜色一致，提高硅太阳电池的生产合格率和电性能。
附图说明
图1是本发明硅片清洗制绒装置的结构示意图；
图2是本发明硅片清洗制绒装置的结构示意图；
1---去损伤槽体,2---第一溢流清洗槽,3---制绒槽体,4---第二溢流清洗槽,5---第一酸槽体,6---第三溢流清洗槽,7---机械臂.8---卡爪,81---延伸端，9---喷淋装置。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
硅片制绒是硅太阳能电池加工过程中非常重要的一步，制绒不但可以形成陷光性好的绒面，还可以去除硅片表面损伤层，形成利于PN结平整性好的绒面。
本发明揭示了一种硅片清洗制绒装置，如图1和图2所示，包括去损伤槽体1、第一溢流清洗槽2、制绒槽体3、第二溢流清洗槽4、第一酸槽体5、第三溢流清洗槽6、机械臂7、花篮和卡爪8，六个槽体并排等间距地排列，所述6个槽体相互之间均设置有用于隔离的隔板，所述6个槽体上方均自动开合连接有一槽盖，该槽盖的设置防止槽体中的药液溅出，在本装置中各个槽体都要保持清洁。所述机械臂7水平移动地设置于各个槽体的上方，所述机械臂7电性连接有一驱动装置，所述机械臂7由该驱动装置进行驱动，在本实施例中，所述驱动装置优选为伺服电机。
所述卡爪8设置于所述机械臂7上，在本实施例中，所述卡爪8与所述机械臂7同步运动，所述机械臂7上还一体连接有一由控制器控制的喷淋装置9。实施例1：所述喷淋装置9上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至清洗剂供给管路，所述喷嘴喷洒清洗剂的方式可以有多种，例如高压喷射、无压自然重力下流或其他方式，在实际应用过程中，可根据实际的工艺要求，选择相应的喷洒方式。实施例2：所述喷淋装置9包括至少一根管路，所述管路由控制器控制，每个所述管路上均开设有多个用于喷射的喷孔，具体地，每个所述管路上开设有一排用于喷射的喷孔，两排喷孔之间成45度，该角度的设置使所述喷嘴对硅片的喷晒效果更均匀。每个所述管路自动通水，对花篮中的电池片进行清洁，稀释前道的药液，每个所述管路为耐腐蚀的管路。每个所述管路上分别设置有一感应装置，该感应装置用于感应所述机械臂和所述花篮在运动过程中的间隔，如果该间隔大于设定值，所述管路就自动喷水并对花篮中的硅片进行清洗。所述感应装置可为红外感应器或光电感应器，在本实施例中，所述感应装置优选为红外感应器。所述喷淋装置可有多种实现方式，不局限于本技术方案中所提供的这几种方式。
具体地，所述机械臂的两端对称固定设置有两对卡爪，所述花篮的两端均延伸设置有与所述卡爪8卡接的延伸端81，所述卡爪为倒7字型，每对所述卡爪的下端分别开设有一用于挂设所述花篮的延伸端。所述硅片放置于所述花篮中，所述花篮中可放置多个硅片，所述机械臂7、所述喷淋装置9和所述卡爪8上下抬升运动时带动所述花篮上下运动，实现放置在花篮中的硅片在各个槽体内的清洗。槽盖打开，机械臂带动卡爪向下运动抓取花篮，将花篮送到各个槽体里，然后，机械臂和卡爪并拢，将花篮留在槽体里；清洗时间达到后，槽盖打开，机械臂和卡爪将花篮从槽体里取出。
当机械臂上挂设的花篮时超过5分钟未进水槽时，感应装置给控制器发信号，进而控制器控制每个所述管路自动通水，清洁电池片，稀释前道的药液。该清洗装置还包括并排排列的第四溢流清洗槽、第二酸槽体和第三酸槽体。
本技术方案还揭示了一种硅片清洗制绒方法，包括如下步骤：
S1、槽盖打开，所述机械臂向下运动将放置有硅片的花篮放置于所述去损伤槽体中进行清洗，该清洗时间为3min，所述去损伤槽内的溶液为氢氧化钾、双氧水和纯水的混合溶液，所述去损伤槽内中的氢氧化钾为500ML，双氧水为16L，纯水为160L，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述去损伤槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为60～70℃；
S2、所述机械臂水平移动将经S1步骤后的硅片放置于第一溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为3min；
S3、槽盖打开，所述机械臂向下运动将动将经S2步骤后的硅片放置于制绒槽体中进行清洗，清洗时间为15～30min，所述制绒槽体内的溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、异丙醇和添加剂的混合溶液，所述制绒槽体中的氢氧化钾为500～600ML，添加剂为碱性，里面主要为水、IPA、氢氧化钠、弱盐酸以及若干表面活性剂。所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述制绒槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为65～75℃；
S4、所述机械臂水平移动将经S3步骤后的硅片放置于第二溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为2min；
S5、槽盖打开，所述机械臂向下运动将放置有硅片的花篮放置于所述第一酸槽体中进行清洗，清洗时间为3min，所述酸槽体的溶液为氢氟酸，所述第一酸槽体中的氢氟酸为8L，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述第一酸槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为20～25℃，该酸洗步骤可中和前道的碱；
S6、所述机械臂水平移动将经S5步骤后的硅片放置于第三溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为2min。
该清洗方法还包括以下步骤：S7：所述机械臂水平移动将经S6步骤后的硅片放置于第四溢流清洗槽中进行水洗，所述第四溢流清洗槽水洗的时间为2min；S8：所述机械臂水平移动将经S7步骤后的硅片放置于所述第二酸槽体中进行水洗，所述第二酸槽体酸洗的时间为3min，所述第二酸槽体中的盐酸为28L，该酸洗可中和前道的碱，去除多孔硅和金属离子；S9：所述机械臂水平移动将经S9步骤后的硅片放置于所述第三酸槽体中进行水洗，所述第三酸槽体酸洗的时间为3min，所述第三酸槽体中的氢氟酸为16L。HCL的作用是中和残留在硅片表面的碱液，去除在硅片切割时表面引入的金属杂质，盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与Fe3+、Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+等金属离子形成可溶于水的络合物。HF的作用是去除在清洗过程中表面形成SiO2层，便于脱水，硅的疏水性要好于SiO2。
HCl、HF都是强腐蚀性的化学药品，其固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道，所以操作人员要按照规定穿戴防护服、防护面具、防护眼睛、长袖胶皮手套。一旦有化学试剂伤害了操作人员的身体，马上用纯水冲洗30分钟，并送医院就医。
本发明可以在正常生产线的基础上，在不增加硅太阳电池生产步骤的前提下，最大限度地提高硅片经过清洗制绒后的表面质量，不增加工艺时间，不影响企业的产量，最终提高电池片性能。本发明还提供了一种应用于硅太阳电池的清洗制绒方法，此工艺可以在正常生产线的基础上对设备进行改进，使清洗制绒后的硅片表面清洁、颜色一致，提高硅太阳电池的生产合格率和电性能。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：包括去损伤槽体（1）、第一溢流清洗槽（2）、制绒槽体（3）、第二溢流清洗槽（4）、第一酸槽体（5）、第三溢流清洗槽（6）、机械臂（7）、花篮和卡爪（8），六个槽体并排排列，所述机械臂（7）水平移动地设置于各个槽体的上方，所述卡爪（8）设置于所述机械臂（7）上，所述机械臂（7）上还一体连接有一由控制器控制的喷淋装置（9），所述花篮的两端均延伸设置有与所述卡爪（8）卡接的延伸端（81），所述硅片放置于所述花篮中，所述机械臂（7）、所述喷淋装置（9）和所述卡爪（8）上下抬升运动时带动所述花篮上下运动，实现放置在花篮中的硅片在各个槽体内的清洗。
2.根据权利要求1所述的一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：所述6个槽体相互之间均设置有用于隔离的隔板。
3.根据权利要求1所述的一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：所述6个槽体上方均自动开合连接有一槽盖。
4.根据权利要求1所述的一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：所述机械臂的两端对称固定设置有两对卡爪，所述卡爪（8）为倒7字型，每对所述卡爪的下端分别开设有一用于挂设所述花篮的延伸端（81）。
5.根据权利要求1所述的一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：所述喷淋装置（9）上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至清洗剂供给管路。
6.根据权利要求1所述的一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：所述喷淋装置（9）包括至少一根管路，每个所述管路上均开设有多个用于喷射的喷孔，每个所述管路为耐腐蚀的管路。
7.根据权利要求1所述的一种硅片清洗制绒装置，其特征在于：还包括并排排列的第四溢流清洗槽、第二酸槽体和第三酸槽体。
8.如权利要求1-7中任一所述的一种硅片清洗制绒方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、槽盖打开，所述机械臂向下运动将放置有硅片的花篮放置于所述去损伤槽体中进行清洗，该清洗时间为3min，所述去损伤槽内的溶液为氢氧化钾、双氧水和纯水的混合溶液，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述去损伤槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为60～70℃；
S2、所述机械臂水平移动将经S1步骤后的硅片放置于第一溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为3min；
S3、槽盖打开，所述机械臂向下运动将动将经S2步骤后的硅片放置于制绒槽体中进行清洗，清洗时间为15～30min，所述制绒槽体内的溶液为氢氧化钾和添加剂的混合溶液，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述制绒槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为65～75℃；
S4、所述机械臂水平移动将经S3步骤后的硅片放置于第二溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为2min；
S5、槽盖打开，所述机械臂向下运动将放置有硅片的花篮放置于所述第一酸槽体中进行清洗，清洗时间为3min，所述酸槽体的溶液为氢氟酸，所述机械臂向上运动将放置有硅片的花篮从所述第一酸槽体中提起，槽盖关闭之后所述喷淋装置开始喷淋，所述喷淋装置的水温为20～25℃；
S6、所述机械臂水平移动将经S5步骤后的硅片放置于第三溢流清洗槽中进行水洗，所述第一溢流清洗槽水洗的时间为2min。
9.根据权利要求8所述的一种硅片清洗制绒方法，其特征在于：所述去损伤槽内中的氢氧化钾为500ML，双氧水为16L，纯水为160L，所述制绒槽体中的氢氧化钾为500～600M，所述第一酸槽体中的氢氟酸为8L。
10.根据权利要求8所述的一种硅片清洗制绒方法，其特征在于：还包括以下步骤：S7：所述机械臂水平移动将经S6步骤后的硅片放置于第四溢流清洗槽中进行水洗，所述第四溢流清洗槽水洗的时间为2min；
S8：所述机械臂水平移动将经S7步骤后的硅片放置于所述第二酸槽体中进行水洗，所述第二酸槽体酸洗的时间为3min，所述第二酸槽体中的盐酸为28L；S9：所述机械臂水平移动将经S9步骤后的硅片放置于所述第三酸槽体中进行水洗，所述第三酸槽体酸洗的时间为3min，所述第三酸槽体中的氢氟酸为16L。
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