CN111532016A - 一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，包括依次设置的上料输送线、上料台、装载腔、烘箱、下料台、下料输送线及载板回流机构；所述装载腔的出料端对应所述箱体的进料端；所述上料传输线对应所述上料台的进料端，所述上料台的出料端对应所述装载腔的进料端；所述下料台的进料端对应所述箱体的出料端，所述下料台的出料端对应所述下料传输线。该发明基于自动化上下料及在线输送并通过硅片平躺式双面同时加热烘干，可以确保硅片均匀加热及快速干燥并实现载板的回流重复使用；挥发的有机气体可以通过真空抽气和进气的方式均匀有效的抽出而无需大量吹气，有效减少了吹气能耗且具有高产能、占地少的优点。

Description

一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备。

背景技术

光伏发电已经成为一种可替代化石能源的技术，这依赖于近年不断降低的生产成本和光电转换效率的提升。按照光伏电池片的材质，太阳能电池大致可以分为两类：一类是晶体硅太阳能电池，包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池；另一类是薄膜太阳能电池，主要包括非晶硅太阳能电池、碲化镉太阳能电池及铜铟镓硒太阳能电池等。目前，以高纯度硅材作为主要原材料的晶体硅太阳能电池是主流产品，所占的比例在80％以上。

在晶体硅太阳能发电系统中，实现光电转换的最核心步骤之一是将晶体硅加工成实现光电转换的电池片的工序，因而电池片的光电转换效率也成为了体现晶体硅太阳能发电系统技术水平的关键指标。

提升电池效率，建立钝化接触是关键。由于光生载流子在硅片内部快速运动，一旦接触表面就会导致复合而无法收集成电流发电。如果在表面镀一层特别的保护膜，像氧化硅、氮化硅、氧化铝、非晶硅等由于表面晶硅表面化学键的饱和以及薄膜和晶硅之间形成的电荷场，它们能有效阻止少子在表面的复合。

为了进一步提升效率，新的电池理论模拟要求钝化层全覆盖，载流子通过隧道穿透效应到达覆盖在钝化层上的导电层。HIT电池就是基于这个理念设计的新电池。HIT电池在硅片正反面覆盖一层薄的非晶硅(3～5nm)，然后在非晶硅表面分别镀上掺杂磷的非晶硅和掺杂硼的非晶硅。由于非晶硅有非常优异的钝化性能，HIT电池转换效率大幅提高。但是，非晶硅钝化只能承受低温工艺，在250℃以上时，非晶硅钝化效果立即失去，常规银浆需要800℃烧结才能达到好的导电性和附着力，这对于印刷常规电池上成熟应用的银浆来说就不适用。为此，专门为HIT电池开发了低温银浆，用低温银浆通过丝网印刷将浆料转移到硅片表面形成银线，银浆印刷后需要烘干以去除有机溶剂载体，最后还需要固化。低温银浆的烘干温度和固化温度只需要200℃或以下，它和硅片的结合是通过银浆里的粘结剂实现的。通常，低温银浆需要在80～150℃烘干10分钟左右时间在烘干固化后才能进入下一道印刷工序，且烘干加热通常采用热风或红外加热或者两者结合使用(因为烘干过程中会挥发出有机气体，需要吹风带出)。

由于银线印刷采用丝网印刷技术，单台印刷机设备产能可以达到3000片/小时甚至以上，而HIT电池生产需要印刷多次排布银线(主栅、细栅)，每次印刷需要烘干后才能进行下一道印刷，在最后一道印刷后，不仅要印刷而且还要固化(在200℃下固化30～60分钟)以达到最好的银线导电性能。一条生产线的印刷工艺和烘干、固化工艺是连接在一起的，所以印刷产能和烘干固化产能最好相匹配。

为了增加烘干固化的产能，现有技术通常采用多道链式轨道传输硅片，硅片平躺在传输链上，传输链经过设定高温的区域进行烘干固化，这个方法是设备占地很长，如果结合烘干、固化退火设备就更长了。

也有提出的改进的方案有：1、把硅片竖立放置，放在两根卡条之间，同样多条轨道并行链式连续向前通过加热区，这样单位长度内放置的硅片密度就大大增加，但是垂直放置硅片在卡条之间运行过程中容易造成破片，并且垂直方向受热不均而造成银线附着力不均匀；2、硅片放置在花篮里，一次可以放50～100片，花篮放置在一条链式轨道上经过加热区，烘箱里链式连续向前运动，其缺点是同样硅片内受热不均且花篮内硅片之间有机蒸汽不易排除，有机溶剂停留在硅片之间需要大量吹气流动而浪费能源。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，包括依次设置的上料输送线、上料台、装载腔、烘箱、下料台、下料输送线及载板回流机构；

所述烘箱包括具有烘干腔室的箱体，所述箱体具有对应进料端的进板门阀一及对应出料端的出板门阀一；所述箱体还具有连通内部所述烘干腔室的进气管道和出气管道；所述烘干腔室内设置有升降承托机构；所述升降承托机构包括升降驱动机构，由所述升降驱动机构驱动垂直升降的升降杆，以及沿所述升降杆垂直方向平行并列设置的多排用于载板承托的载板支架；对应每排所述载板支架的上下两侧均设置有加热板；

所述装载腔的进料端设置有进板门阀二，所述装载腔的出料端设置有出板门阀二，且所述装载腔出料端的出板门阀二对应所述箱体进料端的进板门阀一；

所述上料传输线对应所述上料台的进料端，所述上料台的出料端对应所述装载腔的进板门阀二；

所述下料台的进料端对应所述箱体出料端的出板门阀一，所述下料台的出料端对应所述下料传输线；

所述上料输送线上的硅片通过机械手抓取放置在所述上料台的载板上，所述上料台的载板通过载板传输机构输送至所述装载腔，所述装载腔内的载板通过载板输送机构输送至所述烘箱，所述烘箱内的载板通过载板传输机构输送至所述下料台，所述下料台载板上的硅片通过机械手转移至所述下料输送线，所述下料台上空的载板通过设置的载板回流机构回流至所述上料台上进行重复上料；

所述载板的规格为M×N；其中，M为所述载板运动方向的硅片排数，即每排M片硅片；N为所述载板垂直于运动方向的硅片列数，即每列N片硅片；其中，上料传输线将一张一张印上银浆的硅片平躺传输过来并排列成1排M片，然后通过机械手一次抓取，移载到上料台的载板上排成一列，依次类推，放置完N列后硅片后，载板由上料台输送至装载腔，上料台接受通过载板回流机构回流过来的下一块空载板并开始装硅片；其中，下料台的载板上装满的烘干后硅片通过机械手每排M片取下并放置到下料传输线上，下料台上卸完硅片的空载板通过载板回流机构回传到上料台上，载板实现依次重复循环使用。

其中，所述升降驱动机构为液压、油压及升降电机中的任一种。

其中，所述加热板为热电阻丝加热或排布有多根加热灯，且所述加热板的纵向长度大于所述载板的纵向长度，所述加热板的横向长度大于所述载板的横向长度。这样通过上下加热的方式且加热面积大于载板面积而使载板上下均匀加热。

其中，所述加热灯为红外光灯、可见光灯或紫外光灯。通过加热灯发光产生的热量对载板上的硅片加热，加热板上可以为密集放置的LED发光灯产生或其它平面形式的发光灯或灯管均可。

上述结构的烘干设备，其烘箱利用多排垂直排列的载板支架可以同时承托多排装有硅片的载板，且通过对应每排载板的上下两侧均设置有加热源，从而可以有效的实现多排载板的上下同时均匀加热烘干或固化(由于固化阶段排放的有机气体少或者无，因此，该烘箱尤其适用于固化阶段以节约吹气能耗)，且在烘干或固化的同时通过进气管道及出气管道的阀门开启实现吹风以及时将硅片上挥发的有机气体排放出箱体，从而快速实现硅片的批量烘干或固化。

其中，载板支架设置为升降式，可以利用链式滚轮输送线将装有硅片的载板逐个送到箱体内并通过载板支架的升降逐个一一对应堆叠；而且，每一块加热板均可以设置为独立控制温度，加热方式可以是分布热电阻丝加热的加热板或可以用排布的加热灯以利用光加热而使载板上的硅片表面上下均匀受热。

其中，对应载板的每块加热板均可以分别设定温度和独立控制，一般设定目标温度80～200℃以使每块载板上的硅片可以分别控制加热。

其中，箱体内可存放的载板数量是载板支架上的层数，它的数量设计可以与需要烘干的时间相匹配，层数越多，为了达到预定产能每块载板在箱体内的停留时间就可以越长。例如，假如每块载板上放置40片硅片，为了确保每块硅片烘干时间达到10分钟并同时满足3600片/小时产能，载板支架需要设置为9层，即箱体内同时可以放9块载板。

其中，箱体上的进气管道及出气管道均设有阀门，打开进气管道的阀门可以让空气、氮气等气体进入，打开出气管道的阀门可以让混合有挥发性有机气体的空气、氮气等气体排出，从而实现边烘干边排气。

其中，所述装载腔还通过真空阀一连通至抽真空设备。

其中，所述箱体的出气管道通过真空阀二连通至所述装载腔。

上述结构中，装载腔和箱体之间通过链式滚轮输送线连接，通过链式滚轮输送线将装有硅片的载板从装载腔的进板门阀二进入，然后关闭进板门阀二、出板门阀二及真空阀二并打开真空阀一以通过真空泵对装载腔抽真空；然后打开连接装载腔和箱体之间的出气管道的真空阀二以使箱体内的气体回填进入装载腔里使装载腔和烘箱之间达到气压平衡，然后打开装载腔的出板阀门二和箱体的进板阀门一，从而将载板转移到箱体内的载板支架上；重复上述步骤实现载板支架上载板的堆叠装载，可以边装载边通过对应控制的加热板进行加热，也可以多层装载后一起加热。

其中，载板通过滚轮转移到装载腔后，可以抽真空达到设定的真空度(50～40000Pa)；在载板出烘箱时，箱体上的进气管道阀门打开以连接大气并注入洁净空气(CDA)到大气压。这种烘箱抽气排气和进气方式，有利于实现烘箱里均匀挥发的有机气体被迅速排放，相当于烘箱的有机气体通过连通装载腔的真空泵排放到尾气处理中心，且烘箱抽气进气循环周期就是载板进出烘箱的循环周期，这个周期大概是30～60秒以实现装载与抽气进气同步进行而保持节拍一致；载板在烘箱里达到一定时间烘干后即可通过链式滚轮传输线逐层移出烘箱。

通过上述技术方案，本发明具有如下优点：

1)可以实现硅片向上料传输线上载板的上料、上料传输线上装有硅片的载板向上料台的上料、上料台上装有硅片的载板向装载腔的进料、装载腔向烘箱的多层排列进料、烘箱烘干、烘箱内载板向下料台的下料、下料台上载板向下料输送线的下料，以及载板在下料台与上料台之间的回流重复使用，从而实现上料、烘干及下料的自动化在线进行；

2)通过硅片平躺式放置加热烘干，且双面同时加热可以确保硅片均匀加热而实现快速均匀的干燥；

3)挥发的有机气体可以通过真空抽气和进气的方式均匀有效的抽出，因而不需要大量吹气，有效减少了吹气能耗；

4)箱式结构多层装载烘干方式具有高产能、占地少的优点，其通过载板结构优化及烘箱内载板层数的优化，可以实现与银线丝网印刷的产能相匹配，产能可以达到3000片/小时甚至以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的烘干设备结构示意图。

图中数字表示：10.箱体；11.烘干腔室；121.进板门阀一；122.出板门阀一；131.进气管道；132.出气管道；14.升降驱动机构；15.升降杆；16.载板支架；17.加热板；18.灯管；20.装载腔；211.进板门阀二；212.出板门阀二；22.真空泵；221.真空阀一；222.真空阀二；30.载板；40.硅片；51.上料输送线；52.下料输送线；61.上料台；62.下料台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，本发明提供了一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，包括依次设置的上料输送线51、上料台61、装载腔20、烘箱、下料台62、下料输送线52及载板回流机构；

烘箱包括具有烘干腔室11的箱体10，箱体10具有对应进料端的进板门阀一121及对应出料端的出板门阀一122；箱体10还具有连通内部烘干腔室的进气管道131和出气管道132；烘干腔室内设置有升降承托机构；升降承托机构包括升降驱动机构14，由升降驱动机构14驱动垂直升降的升降杆15，以及沿升降杆15垂直方向平行并列设置的多排用于载板30承托的载板支架16；对应每排载板支架16的上下两侧均设置有加热板17；

装载腔20的进料端设置有进板门阀二211，装载腔20的出料端设置有出板门阀二212，且装载腔20出料端的出板门阀二212对应箱体10进料端的进板门阀一121；

上料传输线对应上料台61的进料端，上料台61的出料端对应装载腔20的进板门阀二211；

下料台62的进料端对应箱体10出料端的出板门阀一122，下料台62的出料端对应下料传输线；

上料输送线51上的硅片通过机械手抓取放置在上料台61的载板30上，上料台61的载板30通过载板传输机构输送至装载腔20，装载腔20内的载板30通过载板输送机构输送至烘箱，烘箱内的载板30通过载板传输机构输送至下料台62，下料台62载板30上的硅片通过机械手转移至下料输送线52，下料台62上空的载板30通过设置的载板回流机构回流至上料台61上进行重复上料；

载板30的规格为M×N；其中，M为载板30运动方向的硅片40排数，即每排M片硅片40；N为载板30垂直于运动方向的硅片40列数，即每列N片硅片40；其中，上料传输线将一张一张印上银浆的硅片40平躺传输过来并排列成1排M片，然后通过机械手一次抓取，移载到上料台61的载板30上排成一列，依次类推，放置完N列后硅片40后，载板30由上料台61输送至装载腔20，上料台61接受通过载板回流机构回流过来的下一块空载板30并开始装硅片40；其中，下料台62的载板30上装满的烘干后硅片40通过机械手每排M片取下并放置到下料传输线上，下料台62上卸完硅片40的空载板30通过载板回流机构回传到上料台61上，载板30实现依次重复循环使用。

其中，升降驱动机构14为液压、油压及升降电机中的任一种。其中，加热板17为热电阻丝加热或排布有多根加热灯，且加热板17的纵向长度大于载板30的纵向长度，加热板17的横向长度大于载板30的横向长度，这样通过上下加热的方式且加热面积大于载板30面积而使载板30上下均匀加热。加热灯为红外光灯、可见光灯或紫外光灯。通过加热灯发光产生的热量对载板30上的硅片40加热，加热板17上可以为密集放置的LED发光灯产生或其它平面形式的发光灯或灯管18均可。其中，装载腔20还通过真空阀一221连通至真空泵22；箱体10的出气管道132通过真空阀二222连通至装载腔20。

本实施例1利用多排垂直排列的载板支架16可以同时承托多排装有硅片40的载板30，且通过对应每排载板30的上下两侧均设置有加热源，从而可以有效的实现多排载板30的上下同时均匀加热烘干或固化(该烘箱尤其适用于固化阶段，以节约吹气能耗)，且在烘干或固化的同时通过进气管道131及出气管道132的阀门开启实现吹风以及时将硅片40上挥发的有机气体排放出箱体10，从而快速实现硅片40的批量烘干或固化。

其中，载板支架16设置为升降式，可以利用链式滚轮输送线将装有硅片40的载板30逐个送到箱体10内并通过载板支架16的升降逐个一一对应堆叠；而且，每一块加热板17均可以设置为独立控制温度，加热方式可以是分布热电阻丝加热的加热板17或可以用排布的加热灯以利用光加热而使载板30上的硅片40表面上下均匀受热。

其中，对应载板30的每块加热板17均可以分别设定温度和独立控制，一般设定目标温度80～200℃以使每块载板30上的硅片40可以分别控制加热。

其中，箱体10内可存放的载板30数量是载板支架16上的层数，它的数量设计可以与需要烘干的时间相匹配，层数越多，为了达到预定产能每块载板30在箱体10内的停留时间就可以越长。例如，假如每块载板30上放置40片硅片40，为了确保每块硅片40烘干时间达到10分钟并同时满足3600片/小时产能，载板支架16需要设置为9层，即箱体10内同时可以放9块载板30。

其中，箱体10上的进气管道131及出气管道132均设有阀门，打开进气管道131的阀门可以让空气、氮气等气体进入，打开出气管道132的阀门可以让混合有挥发性有机气体的空气、氮气等气体排出，从而实现边烘干边排气。

其中，装载腔20和箱体10之间通过链式滚轮输送线连接，通过链式滚轮输送线将装有硅片40的载板30从装载腔20的进板门阀二211进入，然后关闭进板门阀二211、出板门阀二212及真空阀二并打开真空阀一以通过真空泵对装载腔20抽真空；然后打开连接装载腔20和箱体10之间的出气管道132的真空阀二以使箱体10内的气体回填进入装载腔20里使装载腔20和烘箱之间达到气压平衡，然后打开装载腔20的出板阀门二和箱体10的进板阀门一，从而将载板30转移到箱体10内的载板支架16上；重复上述步骤实现载板支架16上载板30的堆叠装载，可以边装载边通过对应控制的加热板17进行加热，也可以多层装载后一起加热。

其中，载板30通过滚轮转移到装载腔20后，可以抽真空达到设定的真空度(50～40000Pa)；在载板30出烘箱时，箱体10上的进气管道131阀门打开以连接大气并注入洁净空气(CDA)到大气压。这种烘箱抽气排气和进气方式，有利于实现烘箱里均匀挥发的有机气体被迅速排放，相当于烘箱的有机气体通过连通装载腔20的真空泵排放到尾气处理中心，且烘箱抽气进气循环周期就是载板30进出烘箱的循环周期，这个周期大概是30～60秒以实现装载与抽气进气同步进行而保持节拍一致；载板30在烘箱里达到一定时间烘干后即可通过链式滚轮传输线逐层移出烘箱。

通过上述技术方案，本发明可以实现硅片40向上料传输线上载板30的上料、上料传输线上装有硅片40的载板30向上料台61的上料、上料台61上装有硅片40的载板30向装载腔20的进料、装载腔20向烘箱的多层排列进料、烘箱烘干、烘箱内载板30向下料台62的下料、下料台62上载板30向下料输送线52的下料，以及载板30在下料台62与上料台61之间的回流重复使用，从而实现上料、烘干及下料的自动化在线进行；通过硅片40平躺式放置加热烘干，且双面同时加热可以确保硅片40均匀加热而实现快速均匀的干燥；挥发的有机气体可以通过真空抽气和进气的方式均匀有效的抽出，因而不需要大量吹气，有效减少了吹气能耗；箱式结构多层装载烘干方式具有高产能、占地少的优点，其通过载板30结构优化及烘箱内载板30层数的优化，可以实现与银线丝网印刷的产能相匹配，产能可以达到3000片/小时甚至以上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，其特征在于，包括依次设置的上料输送线、上料台、装载腔、烘箱、下料台、下料输送线及载板回流机构；

所述烘箱包括具有烘干腔室的箱体，所述箱体具有对应进料端的进板门阀一及对应出料端的出板门阀一；所述箱体还具有连通内部所述烘干腔室的进气管道和出气管道；所述烘干腔室内设置有升降承托机构；所述升降承托机构包括升降驱动机构，由所述升降驱动机构驱动垂直升降的升降杆，以及沿所述升降杆垂直方向平行并列设置的多排用于载板承托的载板支架；对应每排所述载板支架的上下两侧均设置有加热板；

所述装载腔的进料端设置有进板门阀二，所述装载腔的出料端设置有出板门阀二，且所述装载腔出料端的出板门阀二对应所述箱体进料端的进板门阀一；

所述上料传输线对应所述上料台的进料端，所述上料台的出料端对应所述装载腔的进板门阀二；

所述下料台的进料端对应所述箱体出料端的出板门阀一，所述下料台的出料端对应所述下料传输线；

所述上料输送线上的硅片通过机械手抓取放置在所述上料台的载板上，所述上料台的载板通过载板传输机构输送至所述装载腔，所述装载腔内的载板通过载板输送机构输送至所述烘箱，所述烘箱内的载板通过载板传输机构输送至所述下料台，所述下料台载板上的硅片通过机械手转移至所述下料输送线，所述下料台上空的载板通过设置的载板回流机构回流至所述上料台上进行重复上料；

所述载板的规格为M×N；其中，M为所述载板运动方向的硅片排数，即每排M片硅片；N为所述载板垂直于运动方向的硅片列数，即每列N片硅片。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，其特征在于，所述升降驱动机构为液压、油压及升降电机中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，其特征在于，所述加热板为热电阻丝加热或排布有多根加热灯管，且所述加热板的纵向长度大于所述载板的纵向长度，所述加热板的横向长度大于所述载板的横向长度。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，其特征在于，所述加热灯管为红外光灯管、可见光灯管或紫外光灯管。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，其特征在于，所述装载腔还通过真空阀一连通至抽真空设备。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能电池硅片干燥用烘干设备，其特征在于，所述箱体的出气管道通过真空阀二连通至所述装载腔。

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