CN107146828B - 均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，包括炉体，炉体包括上炉体和下炉体，上炉体内至少设置一组光源，相邻两组光源之间或者光源与上炉体框架之间设置有进风口，对应进风口在其下方设置导流板，下炉体中设置电池片传输装置，电池片在电池片传输装置上水平传输并接受光源照射，电池片下方的下炉体上设置有出风口，出风口外接抽风装置，炉体内设置温度传感器，光源、电池片传输装置、抽风装置和温度传感器连接控制器。本发明结构简单，设计合理，可以对电池片的处理温度进行均匀控制，解决了辐照处理效果不均匀的问题，可以在30S时间内完成辐照退火处理，并且将LID控制在1％以内，缩短了处理时间，提高了退火效果和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，可用于太阳电池的辐照退火处理。
背景技术
对于P型晶硅太阳电池，因为硼氧对的存在，在太阳光照环境下，使用初期会发生效率衰减现象(LID现象)，尤其是近几年兴起的高效PERC电池，这种光致衰减现象尤为严重。研究表明，预先使用一种特定的光源在一定温度条件下对电池片进行辐照退火处理，会有效防止这种光衰现象发生，这一技术已经从理论上获得突破和验证，现有设备处理效果可以将LID从5％左右降到1.5％-2％。但是，要在30S的时间内完成辐照退火处理，在太阳电池生产线上实现在线连续化生产，或者将LID降到1％以下或者更小，这就要求光源的强度足够大并且处理的温度要可控，现有的辐照退火炉一般是在光源对电池照射的同时，对电池进行加热，并没有考虑电池片的冷却问题，这一技术方案在光源强度不够大，处理时间比较长的情况下是可行的，但是，当照射电池片的光源强度足够大时，仅仅光源照射电池片的温度就已经超过了最佳的工艺温度，这样会大大影响辐照退火处理的效果。
为了解决上述问题，申请号为2016108557192的专利公布了一种太阳电池辐照退火炉，它包括炉体，炉体包括上炉体和下炉体，上炉体内设置光源，对应光源在上炉体和下炉体之间设置透明隔热材料层，下炉体中设置电池片传输装置和温度传感器，电池片在电池片传输装置上水平传输并接受光源照射，在电池片和透明隔热材料层之间的炉体侧面设置进风口或吹风装置，电池片下方设置有加热装置，炉体内设置有与进风口或吹风装置相配合的排风装置，光源、电池片传输装置、吹风装置、温度传感器、加热装置和排风装置连接控制器。在上述发明中，冷却风通过炉体侧面设置的进风口或吹风装置进入炉内将电池片表面快速降温，起到了控制电池片温度的效果，由于冷却风是从炉体侧面进入炉内，冷却风对电池片二侧边缘部位和中心部位的冷却效果不会相同。一般来讲，电池片二侧边缘部位首先接触冷却风，其风量大、温度低，电池片中心部位接触到的冷却风，已经被炉内高温所预热，同时，一部分冷却风进入炉内后已经从电池片的边缘部位被抽走，因此，电池片中心部位接触的冷却风，其温度高、风量小，这样势必造成电池片冷却效果不均匀，从而影响电池片的处理效果。另外，该发明的光源和电池片之间用透明隔热材料隔开，一部分光线被透明隔热材料吸收或反射，也会影响光源对电池片的照射效果，该发明的辐照退火时间需要30S-60S。
为此，申请人发明了一种均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，可以对电池片的处理温度进行均匀控制、解决了辐照处理效果不均匀的问题，可以在30S时间内完成辐照退火处理，并且将LID控制在1％以内，缩短了处理时间，提高了生产效率。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构简单，设计合理，可以对电池片进行快速均匀冷却，能够实现均匀控温，能够缩短照射时间，提高生产效率和退火处理效果的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，包括炉体，炉体包括上炉体和下炉体，上炉体内至少设置一组光源，光源安装在光源冷却装置上，相邻两组光源之间或者光源与上炉体框架之间设置有进风口，对应进风口在其下方设置上导流板，下炉体中设置电池片传输装置，电池片在电池片传输装置上水平传输并接受光源照射，电池片下方的下炉体上设置有出风口，出风口外接抽风装置，炉体内设置温度传感器，光源、电池片传输装置、抽风装置和温度传感器连接控制器。
所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉通过温度传感器检测电池片周围的温度，当温度高于设定温度时，冷却风在抽风装置的作用下，通过相邻两组光源之间或者光源与上炉体框架之间的进风口进入到上炉体内，为了保证冷却风通过上炉体上部进入，将上炉体光源冷却装置以上的部分采用钢网结构，光源冷却装置以下的部分设计为钢板，将光源冷却装置与光源冷却装置以下的上炉体侧壁设置成一个相对封闭的空间并与下炉体连通，将进风口设置在相邻两组光源之间或者光源与上炉体框架之间，不但能够对光源起到辅助冷却的作用，还能够保证冷却风垂直吹向电池片表面。其中，进风口可以设置为一个长方形的狭缝或细长缝，其长度不小于电池片的边长、并且其长边方向与电池片的行进方向垂直，这样从进风口进入上炉体的冷却风可以自上而下形成若干条风幕，均匀地吹到行进中的电池片上。当冷却风通过进风口进入到上炉体内时，会在上导流板的作用下，改变前进方向，迂回到电池片的上方均匀到达电池片表面，设置上导流板，一方面可以防止冷却风直接到达电池片表面，或因风速过大对前进中的电池片造成影响，另一方面，冷却风可以横向吹过光源中发光元件的表面，对发光元件起到冷却作用，延长发光元件的使用寿命。
本发明中，由于冷却风是从电池片的上方均匀作用到电池片表面，在电池片的任何位置风速、风温、风量都是相同的，因此，冷却效果相同，控温均匀，解决了辐照处理效果不均匀的问题。
进一步的优选，电池片传输装置为一组水平排列的辊道或循环进出辐照退火炉的网带。
进一步的优选，电池片传输装置采用空心辊道，空心辊道至少一端设置有旋转接头，旋转接头与空心辊道的内部空腔相连通。通过旋转接头向空心辊道中循环通入冷却水等冷却介质对空心辊道降温，空心辊道可以采用铝合金、不锈钢、石英玻璃、金属管、陶瓷管等导热性好的材料，这样电池片被光源照射吸收的热量除了被进风口进入的冷却风带走外，还有一部分被空心辊道中的冷却介质带走，从而有效地起到了对电池片降温和控温的作用。冷却介质的循环系统还可以和控制器相连，根据电池片退火温度的要求控制冷却介质的流量，从而起到了均匀控温的目的。另外，充满冷却介质的空心辊道还可以起到降低炉体内温度，均匀炉温的作用。
进一步的优选，电池片传输装置的下方设置有下导流板。下导流板一是能够对冷却风起导向作用，使电池片的冷却效果更均匀，二是能够对传输过程中因碎裂脱落的电池片起到导流和收集作用，使电池片沿着下导流板滑落到下炉体内；下导流板可以呈漏斗型，漏斗的出口边长不小于电池片对角线的长度，以便使电池片顺利地从下导流板滑落到下炉体内。
进一步的优选，出风口的上方或者来风方向的前方设置有电池碎片防护装置，一是防止碎落的电池片堵塞出风口，二是使冷却风二次迂回流动，起到进一步均化炉温的作用。
进一步的优选，进风口的上方设置有风量调节装置，通过调整进风口的大小来控制冷却风流量。
进一步的优选，上导流板为石英玻璃或钢化玻璃，也可采用其他材质的耐热透光材料，防止上导流板遮挡光源而影响对电池片的照射。
进一步的优选，上导流板的宽度或面积不小于进风口的宽度或面积，上导流板的宽度大于进风口宽度0mm-80mm，上导流板的宽度或面积略大于进风口的宽度或面积，这样从进风口进入上炉体的冷却风遇到上导流板的阻挡会改变方向沿着光源的下表面横向流动，从而对发光元件起到冷却作用。
进一步的优选，炉体内设置有加热装置，加热装置、光源、温度传感器、进风口、排风口和抽风装置形成炉体内的温控系统，从而将电池片的表面温度控制在150℃～500℃之间。加热装置与温度传感器的配合，能够辅助起到均匀控温的作用。当温度传感器检测到电池片周围的温度低于设定温度时，一方面，控制器会控制抽风装置、减少或停止冷却风的进入，另一方面，加热装置开始工作，炉体内的温度被加热到预定温度，进入上炉体的冷却风被炉体加热后到达电池片表面，从而起到均匀控温的作用。
进一步的优选，光源采用LED灯或卤素灯或氙灯或激光中的一种或几种，光源的波长是600nm～1000nm，光源的光强是10KW/m2～100KW/m2。
本发明所具有的有益效果是：
1、本发明所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉取消了光源和电池片之间的透明隔热材料，通过从光源之间的缝隙中导入冷却风，从电池片的上方均匀地吹撒到电池片表面，不但有效地改善了电池片的冷却效果和均匀性，还可以使光源的射线直接照射到电池片表面，避免了光线被透明隔热材料吸收或反射，改善了光源对电池片的照射效果。
2、本发明所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉采用空心水冷辊，进一步强化了电池片的冷却效果和控温均匀性。
3、本发明所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉结构简单，设计合理，解决了大功率光源照射对电池片的降温和均匀控温问题，并且辐照效果强，可以将辐照退火时间控制在30S之内，并且将LID控制在1％以内，缩短了照射时间，提高了生产效率和退火处理效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图中，1、上炉体 2、光源冷却装置；3、光源；4、上导流板；5、电池片；6、电池片传输装置；7、下导流板；8、电池碎片防护装置；9、出风口；10、抽风装置；11、下炉体；12、进风口；13、旋转接头；14、加热装置；15、风量调节装置；16、温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1-2所示，本发明所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，包括炉体，炉体包括上炉体1和下炉体11，上炉体1内至少设置一组光源3，光源3安装在光源冷却装置2上、向下方照射，相邻两组光源3之间或者光源3与上炉体框架之间设置有进风口12，对应进风口12在其上方设置风量调节装置15，对应进风口12在其下方设置上导流板4，下炉体11中设置电池片传输装置6，电池片5在电池片传输装置6上水平传输并接受光源3照射，电池片传输装置6的下方设置有下导流板7，电池片5下方的下炉体11上设置有出风口9，出风口9的上方或者来风方向的前方设置有电池碎片防护装置8，出风口9外接抽风装置10，炉体内设置温度传感器16和加热装置14，光源3、电池片传输装置6、抽风装置10、温度传感器16和加热装置14连接控制器，且所述的加热装置14、光源3、温度传感器16、进风口12、排风口9和抽风装置10形成炉体内的温控系统，从而将电池片5的表面温度控制在150℃～500℃之间。
其中，所述的电池片传输装置6为一组水平排列的辊道或循环进出辐照退火炉的网带，或者电池片传输装置6采用空心辊道，空心辊道至少一端设置有旋转接头13，旋转接头13与空心辊道的内部空腔相连通。
所述的上导流板4为石英玻璃或钢化玻璃等耐热透光材料，上导流板4的宽度或面积不小于进风口12的宽度或面积。
所述的光源3采用LED灯或卤素灯或氙灯或激光中的一种或几种，光源3的波长是600nm～1000nm，光源3的光强是20KW/m2～100KW/m2。
本发明的工作原理和使用过程：
所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉使用时，通过温度传感器16检测电池片周围的温度，当温度高于设定温度时，加热装置14停止工作，冷却风在抽风装置10的作用下，通过光源3之间设置的进风口12进入上炉体1内，并且在上导流板4的作用下，改变前进方向，迂回到电池片的上方均匀到达电池片表面。其中，进风口设置在光源之间的缝隙中，可以对光源起到辅助冷却作用，冷却风通过上导流板的阻挡后改变前进方向，一方面可以防止冷却风直接到达电池片表面，因风速过大对前进中的电池片造成影响，另一方面，冷却风可以横向吹过光源中发光元件的表面，对发光元件起到冷却作用，延长发光元件的使用寿命。
所述的电池片传输装置6使用空心辊道传输电池片5，在空心辊道的两端安装有旋转接头13，通过旋转接头13向空心辊道中循环通入冷却水对空心辊道降温，空心辊道采用铝合金材料，这样电池片5被光源3照射吸收的热量除了被进风口进入的冷却风带走外，还有一部分被空心辊道中的冷却介质带走，从而有效地起到了对电池片降温和控温的作用。冷却水的循环系统和控制器相连，根据电池片5退火温度的要求控制冷却水的流量，从而起到了均匀控温的目的。另外，充满冷却水的空心辊道还可以起到降低炉体内温度、均匀炉温的作用。
当温度传感器16检测到电池片5周围的温度低于设定温度时，加热装置14开始工作，炉体内的温度被加热到预定温度，进入上炉体1的冷却风被炉体加热后到达电池片表面，从而起到均匀控温的作用。
所述的光源3、温度传感器16、加热装置14、进风口12、出风口9和抽风装置10形成炉体内的温控系统，将电池片的表面温度控制在150℃～500℃之间。采用LED灯光源3，光源3的波长是650nm～950nm，光源3的光强是20KW/m2～30KW/m2。
本发明中，由于冷却风是从电池片5的上方均匀作用到电池片5表面，在电池片5的任何位置风速、风温、风量都是相同的，因此，冷却效果相同，控温均匀，解决了辐照处理效果不均匀的问题。空心水冷辊的应用，进一步强化了电池片的冷却效果和控温均匀性，另外，因为取消了光源和电池片之间的透明隔热材料，可以使光源的射线直接照射到电池片表面，避免了光线被透明隔热材料吸收或反射，改善了光源对电池片的照射效果。
采用本发明均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，在240℃的温度条件下，分别对单晶PERC电池进行了50S、40S、30S、25S、20S、15S、10S等不同时间的辐照退火处理，结果如表1所示。
由表1可见，单晶PERC电池退火后、电池效率一般会减少0.1左右，而采用本发明的退火炉退火后，电池效率减少值最多只有0.05，有的指标没有减少甚至略有提高；退火后的电池经过60kwh LID处理后，业内的衰减比率为1％左右，而采用本发明的辊道式退火炉退火后，其衰减比率只有0.53％—0.82％。由此可见，采用本发明人的辊道式太阳电池辐照退火炉，在240℃的工艺条件下，仅仅用不到30S的时间处理的单晶PERC电池，处理后电池效率都优于业内常规指标。
本发明结构简单，设计合理，解决了大功率光源照射对电池片的降温和均匀控温问题，并且辐照效果强，可以将辐照退火时间控制在30S之内，并且将LID控制在1％以内，缩短了照射时间，提高了生产效率和退火处理效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，包括炉体，其特征在于：炉体包括上炉体(1)和下炉体(11)，上炉体(1)内至少设置一组光源(3)，相邻两组光源(3)之间或者光源(3)与上炉体框架之间设置有进风口(12)，对应进风口(12)在其下方设置上导流板(4)，下炉体(11)中设置电池片传输装置(6)，电池片(5)在电池片传输装置(6)上水平传输并接受光源(3)照射，电池片(5)下方的下炉体(11)上设置有出风口(9)，出风口(9)外接抽风装置(10)，炉体内设置温度传感器(16)，光源(3)、电池片传输装置(6)、抽风装置(10)和温度传感器(16)连接控制器；所述的进风口(12)为一长方形的细长缝，其长度大于或等于电池片传输装置(6)上的电池片的边长，并且进风口(12)的长边方向与电池片的行进方向垂直。
2.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的电池片传输装置(6)为一组水平排列的辊道或循环进出辐照退火炉的网带。
3.根据权利要求1或2所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的电池片传输装置(6)采用空心辊道，空心辊道至少一端设置有旋转接头(13)，旋转接头(13)与空心辊道的内部空腔相连通。
4.根据权利要求1或2所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的电池片传输装置(6)的下方设置有下导流板(7)。
5.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的出风口(9)的上方或者来风方向的前方设置有电池碎片防护装置(8)。
6.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的进风口(12)的上方设置有风量调节装置(15)。
7.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的上导流板(4)为石英玻璃或钢化玻璃。
8.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的上导流板(4)为与进风口(12)相对应的长方形结构，上导流板(4)的宽度或面积大于或等于进风口(12)的宽度或面积。
9.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的炉体内设置有加热装置(14)，加热装置(14)、光源(3)、温度传感器(16)、进风口(12)、出风口(9)和抽风装置(10)形成炉体内的温控系统，从而将电池片(5)的表面温度控制在150℃～500℃之间。
10.根据权利要求1所述的均匀高效退火的太阳电池辐照退火炉，其特征在于：所述的光源(3)采用LED灯或卤素灯或氙灯或激光中的一种或几种，光源(3)的波长是600nm～1000nm，光源(3)的光强是10KW/m2～100KW/m2。
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