CN107123608B - 一种太阳能电池制程金属离子污染检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池制程金属离子污染检测方法，该方法为：将待检测电池片放置于反应容器内，并向所述反应容器内通入HF酸蒸气，使所述待检测电池片与所述HF酸蒸气充分接触预定时间。通过该检测方法可以确认硅片表面被金属离子污染的位置，同时可以追溯至出现金属离子污染的工序，从而为后续的生产提供指导，这有利于太阳能电池片工艺制程中异常问题的分析和解决。本发明还设计一种能够实现上述检测方法的太阳能电池制程金属离子污染检测装置。
Description
技术领域
本发明涉及力太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种太阳能电池制程金属离子污染检测方法及装置。
背景技术
晶体硅电池片是太阳能组件(或称光伏组件)的主要组成构件，将硅片制成电池片的过程主要包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结。
在电池片的工艺制程中，可能由于设备或者人为因素引入金属离子，金属离子会污染硅片的表面，形成少子的复合中心，这会影响电池的少子寿命，存在金属离子污染的硅片所制成的电池会出现效率较低的问题，这会严重影响电池的后续的光电转化效率。
金属离子实际为微观存在，肉眼条件下不可见，因此电池存在金属离子污染时无法直接确认存在问题的工序环节，如何能够准确的确定硅片上金属离子污染的位置以及确定存在金属离子污染的工序环节是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种太阳能电池制程金属离子污染检测方法，以便能够确定硅片上金属离子污染的位置以及确定存在金属离子污染的工序环节。
本发明的另一目的还在于提供一种太阳能电池制程金属离子污染检测装置。
为达到上述目的，本发明所提供的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，该方法为：将待检测电池片放置于反应容器内，并向所述反应容器内通入HF酸蒸气，使所述待检测电池片与所述HF酸蒸气充分接触并持续预定时间。
优选的，所述HF酸蒸气通过动力气体携带通入所述反应容器中。
优选的，所述动力气体为N2，或惰性气体。
优选的，所述动力气体的流量为0.5～5升/min。
优选的，所述HF酸蒸气通过加热HF酸溶液制得，且所述HF酸溶液的浓度为40％～60％。
优选的，所述预定时间为30min～60min。
优选的，在达到所述预定时间后，还包括废气吹扫步骤，所述废气吹扫步骤为：向所述反应容器内通入吹扫气体，所述吹扫气气体的流量为2～20升/min。
优选的，所述吹扫气体为N2。
本发明中所公开的太阳能电池制程金属离子污染检测装置包括：
反应容器，所述反应容器设置有HF酸进气口和废气排放口，且所述反应容器内设置有用于安放待检测电池片的安装部；
HF酸蒸气供应总成，所述HF酸蒸气供应总成的HF酸排出口与所述反应容器的HF酸进气口相连。
优选的，还包括用于防止所述HF酸蒸气倒流的单向阀，所述单向阀设置在所述HF酸蒸气供应总成的HF酸排出口与所述反应容器的HF酸进气口之间。
优选的，所述反应容器包括容器本体和密封盖，所述容器本体的顶部开放形成电池片入口，所述密封盖用于密封所述电池片入口。
优选的，所述安装部为设置在所述容器本体底部的夹具，所述夹具能够夹住所述待检测电池片边缘并使所述待检测电池片在所述容器本体内竖直放置。
优选的，所述HF酸蒸气供应总成包括蒸发容器和设置在所述蒸发容器底部的加热件，所述HF酸排出口设置在所述蒸发容器的顶部。
优选的，还包括用于输送动力气体，以便携带所述HF酸蒸气进入所述反应容器内的动力气体管路，所述动力气体管路一端连接于所述蒸发容器的侧壁上部，另一端用于与气源相连。
优选的，还包括并联于所述动力气体管路上的吹扫管路，所述吹扫管路与所述反应容器连通。
优选的，还包括与所述蒸发容器相连的HF酸液体添加管路，和设置在所述蒸发容器底部的酸液排放管路。
本领域技术人员能够理解，HF酸与洁净的硅片表面不会进行反应，如果硅片表面存在金属离子污染，则硅片表面会在金属离子的催化作用下生成二氧化硅，二氧化硅进而将和HF酸发生反应，随着反应时间的增加，硅片表面会形成大小不一的孔洞，通过这些孔洞的位置可以确认硅片表面被金属离子污染的位置，同时可以追溯至出现金属离子污染的工序，从而为后续的生产提供指导，这有利于太阳能电池片工艺制程中异常问题的分析和解决。
本发明中所公开的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，包括反应容器和HF酸蒸气供应总成，HF酸蒸气供应总成所产生的HF酸蒸气通过HF酸排出口流向反应容器设置的HF酸进气口，而反应容器内放置有待检测的电池片，HF酸与洁净的硅片表面不会进行反应，如果硅片表面存在金属离子污染，则硅片表面会在金属离子的催化作用下生成二氧化硅，二氧化硅进而将和HF酸发生反应，随着反应时间的增加，硅片表面会形成大小不一的孔洞，通过这些孔洞的位置可以确认硅片表面被金属离子污染的位置，同时可以追溯至出现金属离子污染的工序，从而为后续的生产提供指导，这有利于太阳能电池片工艺制程中异常问题的分析和解决。
附图说明
图1为本发明实施例中所公开的太阳能电池制程金属离子污染检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中所公开的太阳能电池制程金属离子污染检测装置的结构示意图。
其中，1为反应容器，2为HF酸蒸气供应总成，3为单向阀，4为待检测电池片，5为HF酸蒸气，6为HF酸溶液，11为容器本体，12为密封盖，13为吹扫管路，14为废气排放管路，15为夹具，21为加热件，22为蒸发容器，23为动力气体管路，24为HF酸液体添加管路，25为酸液排放管路。
具体实施方式
本发明的核心之一是提供一种太阳能电池制程金属离子污染检测方法，以便能够确定硅片上金属离子污染的位置以及确定存在金属离子污染的工序环节。
本发明的另一核心是提供一种太阳能电池制程金属离子污染检测装置。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1中的流程示意图，本发明中所公开的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，至少包括以下步骤：
S1，将待检测电池片放置在反应容器内；
S2，向反应容器内通入HF酸蒸气；
S3，使待检测电池片与HF酸蒸气充分接触预定时间后停止通入HF酸蒸气。
本领域技术人员能够理解的是，HF酸与洁净的硅片表面不会进行反应，如果硅片表面存在金属离子污染，则硅片表面会在金属离子的催化作用下生成二氧化硅，二氧化硅进而将和HF酸发生反应，随着反应时间的增加，硅片表面会形成大小不一的孔洞，通过这些孔洞的位置可以确认硅片表面被金属离子污染的位置，同时可以追溯至出现金属离子污染的工序，从而为后续的生产提供指导，这有利于太阳能电池片工艺制程中异常问题的分析和解决。
HF酸蒸气的产生可以有多种方式，例如通过HF酸自身挥发或者加热，为了快速产生HF酸蒸气，本发明实施例中的HF酸蒸汽通过加热HF酸溶液制得，HF酸溶液的浓度为40％～60％(体积百分比)，其中以浓度为50％的酸浓度最宜。本实施例中通过动力气体携带的方式将HF酸蒸气送入反应容器内。需要说明的是，所谓动力气体是指可携带HF酸蒸气进入反应容器内，同时不参与反应的气体，动力气体可以采用惰性气体，例如氦气、氩气等，也可采用不与二氧化硅反应的氮气作为动力气体。由于氮气成本低，来源广泛且较易储存，因此本实施例中的动力气体推荐采用氮气。
根据反应容器大小不同、放入内部的待检测电池的片数的不同，动力气体的流量会发生相应变化，通常情况下，动力气体的变化范围在0.5升/min～5升/min的范围内。
为了保证检测结果的可靠性，本发明实施例中的待检测电池片与所述HF酸蒸气充分接触的预定时间为30min-60min，根据动力气体流量的不同、反应容器内放置硅片的数量的不同，可以将预定时间在上述范围内进行适应性调整，经过上述预定时间后，若存在金属离子污染，那么电池片的表面就会被HF酸侵蚀出大小不一的孔洞，若不存在金属离子污染，则电池片的表面不会发生变化。
完成检测后还需对反应容器内的废气进行处理，如图1中所示，该检测方法还包括步骤：
S4，通入吹扫气体以吹扫反应容器内残留的HF酸蒸气，优选的，将HF酸回收处理并进行再利用；
S5，观察硅片表面，并确定硅片污染位置和污染工序。
在进行吹扫时，吹扫气体同样不应与硅片发生反应，因此本实施例中的吹扫气体同样选用氮气，根据反应容器大小的不同，吹扫气体的流量在2升/min～20升/min的范围内变化，并且随着吹扫气体流量发生变化，吹扫所需的时间也会相应发生变化。
除此之外，本发明实施例中还公开了一种太阳能电池制程金属离子污染检测装置，如图2中所示，该检测装置包括反应容器1和HF酸蒸气供应总成2，反应容器1设置有HF酸进气口和废气排放口，并且反应容器1内设置有用于安放待检测电池片4的安装部，HF酸蒸气供应总成2包括HF酸排出口，并且HF酸排出口与反应容器1的HF酸进气口相连。
检测开始之前，先将待检测电池片4安放于反应容器1的安装部上，然后通过HF酸蒸气供应总成2向反应容器1内提供HF酸蒸气，HF酸与洁净的硅片表面不会进行反应，如果硅片表面存在金属离子污染，则硅片表面会在金属离子的催化作用下生成二氧化硅，二氧化硅进而将和HF酸发生反应，随着反应时间的增加，硅片表面会形成大小不一的孔洞，通过这些孔洞的位置可以确认硅片表面被金属离子污染的位置，同时可以追溯至出现金属离子污染的工序，从而为后续的生产提供指导，这有利于太阳能电池片工艺制程中异常问题的分析和解决。
如图2中所示，为了防止反应容器1中的HF酸蒸气回流至HF酸蒸气供应总成2内，还可设置单向阀3，该单向阀3位于HF酸蒸气供应总成2的HF酸排出口与反应容器1的HF酸进气口之间。
反应容器1上需要设置开口，以方便待检测电池片的放入，该开口可以设置在反应容器1的侧面或者顶部，请参考图2，本实施例中的反应容器具体包括容器本体11和密封盖12，容器本体11的顶部为开放式，即容器本体11的顶部为开口，该开口形成了电池片入口，而密封盖12的作用在于放入电池片后密封住该电池片入口。根据反应容器形状的不同，密封盖12与容器本体11的连接方式也需进行适应性变化，例如，容器本体11为圆柱状，那么密封盖12与容器本体11可采用螺纹连接的方式，若容器本体11为矩形，则密封盖12与容器本体11可采用卡扣连接的方式。
为了保证待检测电池片能够充分与HF酸气体进行接触，本实施例中的安装部为设置在容器本体11底部的夹具15，该夹具15能够夹住待检测电池片4边缘，并且能够使待检测电池片4在容器本体11内竖直放置，如图2中所示。
HF酸蒸气供应总成2具体包括蒸发容器22和设置在蒸发通气底部的加热件21，如图2中所示，HF酸排出口设置在蒸发容器22的顶部。
在本发明实施例中，优选的通过动力气体携带的方式将HF酸蒸气送入反应容器1内。需要说明的是，所谓动力气体是指可携带HF酸蒸气进入反应容器1内，同时不参与反应的气体，动力气体可以采用惰性气体，例如氦气、氩气等，也可采用不与二氧化硅反应的氮气作为动力气体。由于氮气成本低，来源广泛且较易储存，因此本实施例中的动力气体推荐采用氮气，为此，本实施例中还设置了动力气体管路23，如图2中所示，动力气体管路23的作用在于输送动力气体，以便携带HF酸蒸气进入反应容器1内，动力气体管路23一端连接于蒸发容器22的侧壁上部，另一端用于与气源相连。所谓蒸发容器22的侧壁上部，具体是指蒸发容器22的侧壁靠近顶部的位置，因为HF酸蒸气存在于蒸发容器22的上部，因此将动力气体管路23设置在该位置可以直接携带蒸发容器22上部的HF酸蒸气进入到反应容器1内。
完成检测后还需对反应容器1内的废气进行处理，为此，本实施例中还设置了吹扫管路13，该吹扫管路13并联在动力气体管路23上，并且吹扫管路13与反应容器1连通，以便将反应容器1内残留的HF酸蒸气吹走。
当然，在反应开始前或者反应过程中，需要向蒸发容器22内填入HF酸溶液，因此本实施例中还设置了与蒸发容器22相连的HF酸液体添加管路24，完成检测后，需要将蒸发容器22内部的酸液放出，如图2中所示，蒸发容器22的底部还设置有酸液排放管路25。
以上对本发明所提供的太阳能电池制程金属离子污染检测方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (16)
1.一种太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，将待检测电池片放置于反应容器内，并向所述反应容器内通入HF酸蒸气，使所述待检测电池片与所述HF酸蒸气充分接触并持续预定时间，如果待检测电池片表面存在金属离子污染，则待检测电池片表面会在金属离子的催化作用下生成二氧化硅，二氧化硅和HF酸发生反应在待检测电池片表面会形成大小不一的孔洞，通过这些孔洞的位置确认硅片表面被金属离子污染的位置。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，所述HF酸蒸气通过动力气体携带通入所述反应容器中。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，所述动力气体为N2，或惰性气体。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，所述动力气体的流量为0.5~5升/min。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，所述HF酸蒸气通过加热HF酸溶液制得，且所述HF酸溶液的体积百分比为40%~60%。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，所述预定时间为30min~60min。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，在达到所述预定时间后，还包括废气吹扫步骤，所述废气吹扫步骤为：向所述反应容器内通入吹扫气体，所述吹扫气体的流量为2 ~20升/min。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池制程金属离子污染检测方法，其特征在于，所述吹扫气体为N2。
9.一种太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，包括：
反应容器（1），所述反应容器（1）设置有HF酸进气口和废气排放口，且所述反应容器（1）内设置有用于安放待检测电池片（4）的安装部；
HF酸蒸气供应总成（2），所述HF酸蒸气供应总成（2）的HF酸排出口与所述反应容器的HF酸进气口相连，所述HF酸蒸气供应总成（2）用于向所述反应容器（1）内提供HF酸蒸气，以使待检测电池片表面在金属离子的催化作用下生成的二氧化硅与HF酸蒸气反应，在待检测电池片表面形成大小不一的孔洞。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，还包括用于防止所述HF酸蒸气倒流的单向阀（3），所述单向阀（3）设置在所述HF酸蒸气供应总成的HF酸排出口与所述反应容器的HF酸进气口之间。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，所述反应容器包括容器本体（11）和密封盖（12），所述容器本体（11）的顶部开放形成电池片入口，所述密封盖（12）用于密封所述电池片入口。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，所述安装部为设置在所述容器本体底部的夹具（15），所述夹具（15）能够夹住所述待检测电池片（4）边缘并使所述待检测电池片（4）在所述容器本体（11）内竖直放置。
13.根据权利要求9所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，所述HF酸蒸气供应总成（2）包括蒸发容器（22）和设置在所述蒸发容器（22）底部的加热件（21），所述HF酸排出口设置在所述蒸发容器（22）的顶部。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，还包括用于输送动力气体，以便携带所述HF酸蒸气进入所述反应容器（1）内的动力气体管路（23），所述动力气体管路（23）一端连接于所述蒸发容器（22）的侧壁上部，另一端用于与气源相连。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，还包括并联于所述动力气体管路（23）上的吹扫管路（13），所述吹扫管路（13）与所述反应容器（1）连通。
16.根据权利要求13所述的太阳能电池制程金属离子污染检测装置，其特征在于，还包括与所述蒸发容器（22）相连的HF酸液体添加管路（24），和设置在所述蒸发容器（22）底部的酸液排放管路（25）。
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