CN108305913A - 硅晶太阳电池微细加工制绒装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了硅晶太阳电池微细加工制绒装置及方法，它解决了现有技术中硅晶太阳电池加工角度受限的问题，具有突破限制得到更大的底角的有益效果，其方案如下：硅晶太阳电池微细加工制绒装置，包括可旋转的刀具；固定基座，被加工工件设于固定基座，且固定基座设于刀具下方；工作台，与固定基座连接带动固定基座实现沿X轴、Y轴和Z轴方向的移动，以及绕Y轴、Z轴方向的旋转。
Description
技术领域
本发明涉及取样设备，特别是涉及硅晶太阳电池微细加工制绒装置及方法。
背景技术
能源是人类活动的物质基础，近年来不断提高的能源需求使得能源被大量消耗，能源短缺问题和使用能源带来的污染问题日益突出。全球绝大多数国家都将发展可再生能源作为重要的国家战略，未来二三十年将成为可再生能源快速发展的重要时期。太阳能作为一种环保、清洁、可再生的能量来源引起了人们的广泛关注。太阳能光伏发电技术，是利用太阳能电池把光能转换为电能的一项技术，具有可持续性和无污染性。太阳能储量巨大，可以说是取之不尽用之不竭的能源。太阳电池是光伏发电技术的核心器件。为了提高硅片对光线的吸收效率，在太阳电池表面制备陷光结构就具有十分重要的意义。
目前硅晶太阳电池广泛采用的陷光结构有凹金字塔陷光结构、V型槽陷光结构和正向金字塔陷光结构等。硅表面制绒方法主要包括激光加工、反应离子蚀刻加工技术以及酸性蚀刻及碱性蚀刻技术等，其中酸性蚀刻及碱性蚀刻技术是当前硅晶太阳电池制绒的主要技术，但缺点是绒面均匀性、稳定性不好及质量难控制，减反效果一般，所使用的酸、碱性溶液以及反应生成的有害废气对环境影响很大。采用碱溶液对单晶硅制绒如图1所示，倾斜晶面111与水平晶面100夹角为54.74°，这个角度是固定值，其反射率理论为10.3％。而采用酸溶液对多晶硅制绒，其表面为“虫洞”结构，反射率达到18％。
因为酸碱腐蚀法在单晶硅表面制备陷光结构时，无法突破晶格结构的限制而导致金字塔底角最大值只有54.74°，因此导致硅晶太阳电池表面反射率较高，从而降低硅晶电池的光电转换效率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了硅晶太阳电池微细加工制绒装置，可以突破该限制得到更大的底角，未引进氢氧化钠或氢氧化钾等碱类化合物，因此在制备出的绒面上无碱金属离子，在后续的工艺中也不会有碱金属离子扩散进硅片中，进而提高了电池片的稳定性，有效降低了电池片的光致衰减问题。
硅晶太阳电池微细加工制绒装置的具体方案如下：
硅晶太阳电池微细加工制绒装置，包括：
可旋转的刀具；
固定基座，被加工工件设于固定基座，且固定基座设于刀具下方；
工作台，与固定基座连接带动固定基座实现沿X轴、Y轴和Z轴方向的移动，以及绕Y轴、Z轴方向的旋转。
经研究发现，如果硅晶太阳电池V型槽结构夹角从54.74°变为60°，反射率可以降低到3.703％，采用上述的加工制绒装置，可以突破该限制得到更大的底角，而且并未引进氢氧化钠或氢氧化钾等碱类化合物，提高了电池片的稳定性，有效降低了电池片的光致衰减问题。
进一步地，为了保证工件设置的稳定性，所述固定基座表面设置凹槽，被加工工件设于凹槽内。
进一步地，所述刀具直径3mm，刀具长度33mm，刀尖锥角50°-65°，加工深度为100μm，进给速度0.1-3mm/min。
进一步地，所述刀具通过旋转主轴设于机架卡盘，旋转主轴转速6000-30000r/min。
进一步地，所述刀具采用类金刚石涂层硬质合金，这样刀具具有硬度高、抗磨损能力强的特点，良好抗塑性变形能力、抗磨损能力和较高使用寿命。
进一步地，所述刀具为微细圆头铣刀或平头铣刀或锥形铣刀，微细刀具的直径为2mm-5mm，当切削加工时，通过微细圆头铣刀可加工出U型槽，可通过平头铣刀可加工出矩形槽结构，这样光线倾斜入射时，成型工件表面反射率低于7％设置接近于0，可有效降低电池片的反射率，从而提高光电转换效率，通过微细锥形铣刀可加工出底角为60度的V型槽，这样成型工件表面反射率能降低到4％以下。
进一步地，所述固定基座表面设置用于吸附被加工工件的吸盘，吸盘为空气吸盘，便于对被加工工件的吸附。
为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种硅晶太阳电池微细加工制绒方法，采用所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置对被加工工件进行加工。
一种硅晶太阳电池微细加工制绒方法，具体步骤如下：
1)被加工工件选择单晶或多晶硅片，固定在工作台上；
2)工作台带动硅片先沿Y轴移动，然后沿Z轴移动，微细铣刀高速旋转，工作台带动硅片再沿X轴移动，加工出一条V型槽；
3)然后工作台带动硅片再沿Y轴移动，再沿X轴移动，对硅晶片表面进行V型槽阵列的加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过加工装置的使用，实现多轴方向的运动，满足硅晶太阳电池的加工要求，可加工出V型槽，或U型槽或者矩形槽，从而突破现有限制得到更大的底角，提高硅晶电池的光电转换效率。
2)本发明未引进氢氧化钠或氢氧化钾等碱类化合物，提高了电池片的稳定性，有效降低了电池片的光致衰减问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1单晶硅片碱腐蚀制备V型槽几何结构示意图；
图2刀具安装示意图；
图3加工制绒装置结构部分示意图；
图4 V型槽加工示意图；
图5(a)矩形结构光线反射示意图；
图5(b)U型结构光线反射示意图；
其中，1.夹具，2.刀具，3.旋转主轴，4.卡盘，5.被加工工件，6.固定基座，7.工作台。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了硅晶太阳电池微细加工制绒装置。
本申请的一种典型的实施方式中，如图2和图3所示，硅晶太阳电池微细加工制绒装置，包括可旋转的刀具2；固定基座6，被加工工件5设于固定基座6，且固定基座6设于刀具2下方；工作台7，与固定基座6连接带动固定基座6实现沿X轴、Y轴和Z轴方向的移动，以及绕Y轴、Z轴方向的旋转。
经研究发现，如果V型槽结构夹角从54.74°变为60°，反射率可以降低到3.703％，本申请采用上述的加工制绒装置，可以突破该限制得到更大的底角，而且并未引进氢氧化钠或氢氧化钾等碱类化合物，提高了电池片的稳定性，有效降低了电池片的光致衰减问题。
为了保证工件设置的稳定性，固定基座6表面设置凹槽，被加工工件5设于凹槽内。
刀具2直径3mm，刀具长度33mm，刀尖锥角60°，加工深度为100μm，进给速度0.1-3mm/min。
刀具采用类金刚石涂层硬质合金，这样刀具具有硬度高、抗磨损能力强的特点，良好抗塑性变形能力、抗磨损能力和较高使用寿命。
刀具为圆头铣刀或平头铣刀，当切削加工时，可加工出U型槽或矩型槽结构，如图5(a)和图5(b)所示，这样光线倾斜入射时，成型工件表面反射率低于7％设置接近于0。
此外，固定基座表面设置用于吸附被加工工件的吸盘，吸盘为空气吸盘，便于对被加工工件的吸附。
硅晶体是脆性材料，对脆性材料进行切削加工，当切削厚度逐渐减小至某个临界值时，材料的去除方式会从脆性去除变成塑性流动的方式去除，刀具通过夹具1设于旋转主轴3，旋转主轴3设于机架卡盘4，旋转主轴3转速6000-30000r/min，每转刀刃的切削厚度可以小于120nm，实现塑性去除硅晶材料，如图4所示，经过加工，从工件可得到60°连续的V型槽。
实施例2
为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种硅晶太阳电池微细加工制绒方法，采用所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置对被加工工件进行加工。
一种硅晶太阳电池微细加工制绒方法，具体步骤如下：
1)被加工工件选择单晶或多晶硅片，固定在工作台上；
2)工作台带动硅片先沿Y轴移动，然后沿Z轴移动，微细铣刀高速旋转，工作台带动硅片再沿X轴移动，加工出一条V型槽；
3)然后工作台带动硅片再沿Y轴移动，再沿X轴移动，对硅晶片表面进行V型槽阵列的加工。
其中，刀具直径3mm，刀具长度33mm，刀尖锥角60°，加工深度为100μm，进给速度0.1-3mm/min，加工铣削深度100μm，进给速度3mm/min，主轴转速30000r/min。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，包括：
可旋转的刀具；
固定基座，被加工工件设于固定基座，且固定基座设于刀具下方；
工作台，与固定基座连接带动固定基座实现沿X轴、Y轴和Z轴方向的移动，以及绕Y轴、Z轴方向的旋转。
2.根据权利要求1所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，所述固定基座表面设置凹槽，被加工工件设于凹槽内。
3.根据权利要求1所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，所述刀具直径3mm，刀具长度33mm，刀尖锥角50°-65°。
4.根据权利要求1所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，所述刀具通过旋转主轴设于机架卡盘，旋转主轴转速6000-30000r/min。
5.根据权利要求1所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，所述刀具采用类金刚石涂层硬质合金。
6.根据权利要求1所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，所述刀具为微细圆头铣刀或平头铣刀或锥形铣刀。
7.根据权利要求1所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置，其特征在于，所述固定基座表面设置用于吸附被加工工件的吸盘。
8.一种硅晶太阳电池微细加工制绒方法，其特征在于，采用根据权利要求1-4中任一项所述的硅晶太阳电池微细加工制绒装置对被加工工件进行加工。
9.根据权利要求5所述的一种硅晶太阳电池微细加工制绒方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)被加工工件选择单晶或多晶硅片，固定在工作台上；
2)工作台带动硅片先沿Y轴移动，然后沿Z轴移动，微细铣刀高速旋转，工作台带动硅片再沿X轴移动，加工出一条V型槽；
3)然后工作台带动硅片再沿Y轴移动，再沿X轴移动，对硅晶片表面进行V型槽阵列的加工。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180720 |
|
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