CN111668348A - 一种太阳电池光注入设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳电池领域，具体涉及一种太阳电池光注入设备及其方法；包括机架，其机架上一端设有输入装置，另一端设有输出装置，输入装置与输出装置之间设有用于传送的步进传送装置，所述步进传送装置顶部设有恒温箱体，所述恒温箱体内依次设有预热区、光注入区及冷却区；本发明通过设置步进传输装置，当太阳电池在光注入区进行处理时，步进输送机构处于下降，钢带位于恒温平台细槽中，不与恒温平台上吸附的太阳电池接触，在传送过程中不会影响太阳电池的传热效率，保证太阳电池温度控制。

Description

一种太阳电池光注入设备及其方法
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，具体涉及一种太阳电池光注入设备及其方法。
背景技术
光致衰减(Light Induced Degradation, LID)是指太阳电池及组件在光照过程中引起的功率衰减现象，一般认为P型（掺硼）太阳电池光致衰减的主要原因是在硅材料中必须硼和氧同时存在的情况下，光照或电流注入导致硼和氧形成硼氧（B-O）复合体，硼氧复合体是一种亚稳态缺陷，形成了复合中心从而降低了少数载流子寿命；
现有技术中，针对光致衰减的成因，业界开发了一系列解决方案，例如降低硅片中的氧含量，使用镓元素替代部分硼元素，降低硼含量等以减轻光致衰减，但这些方法成本高，或是技术难度大，无法实现量产，其中通过光注入或电注入制备介质钝化膜引入的氢原子也可以促进B-O复合体的失效的方法为效果较好的方法；
因此开发一种大光强、温度可控，对电池片进行光照预衰减，抗光致衰减明显的光注入设备。
发明内容
针对现有技术中提到的问题，本发明种太阳电池的光注入设备及其方法，使得太阳电池抗光致衰减明显，兼容性好，同时具有方法简单，温度控制精度高，适合产业化应用等特点。
本发明一种太阳电池光注入设备，包括机架，其机架上一端设有输入装置，另一端设有输出装置，输入装置与输出装置之间设有用于传送的步进传送装置，所述步进传送装置顶部设有恒温箱体，所述恒温箱体内依次设有预热区、光注入区及冷却区。
优选地，所述步进传送装置包括直线导轨、顶升导轨、第一支架、第二支架、钢带、第一伺服电机及第二伺服电机，多条直线导轨均相互平行设置在机架上，直线导轨上设有第一支架，所述直线导轨一端还设有用于第一支架沿直线导轨移动的第一伺服电机与滚珠丝杆单轴机械手；所述第一支架上设有多条顶升导轨，顶升导轨上安装有第二支架，第二支架上均匀设有多组钢带，顶升导轨一端还设有用于第二支架沿顶升导轨升降的第二伺服电机与电缸。
优选地，所述恒温箱体内还设有恒温平台，其恒温平台的高度处于第一支架与第二支架之间，恒温平台上开设有多条细槽，细槽大小与钢带大小相适应，恒温平台上还设有若干个吸附孔，吸附孔与设于恒温箱体外部的真空系统通过真空管路相连。
优选地，所述预热区包括位于恒温平台内部的多个电加热管，预热区可将太阳电池迅速加热至预热温度，预热温度为100℃～250℃。
优选地，所述光注入区内的工位可设置有多个，光注入区包括控温风道和多个LED灯光模组，所述控温风道设于恒温平台底部，控温风道包括入风口与出风口，入风口处安装有第一横流风机，出风口与恒温箱体外的多个热排口相连，其中控温风道内还设有翅片散热器。
优选地，所述LED灯光模组设于恒温平台顶部，LED灯光模组包括框架、LED芯片、水冷系统及风冷系统，框架中设有耐热玻璃，LED芯片安装于耐热玻璃顶部，且LED芯片分别与水冷系统、风冷系统相连；所述LED芯片对准恒温平台上的太阳电池设置，其LED芯片的光强度范围10KW/m2～100 KW/m2之间，光注入时间为10s～1000s。
优选地，所述光注入区的控温风道和多个LED灯光模组均为单独独立控制系统控制，且当LED芯片光强度为60KW/m2时，其太阳电池的温度可控制在150℃～300℃之间。
优选地，所述冷却区包括设于恒温平台上的冷却风机，其冷却风机对准恒温平台设置。
优选地，所述输入装置与输出装置均包括皮带传送机与单轴机械手，单轴机械手安装于皮带传送机顶部。
一种太阳电池光注入设备的方法，包含以下步骤：
（1）当第一组太阳电池通过输入装置，放置于步进传送装置中的钢带上；
（2）通过电缸和第二伺服电机带动第二支架沿顶升导轨上升至最高处，随后通过第一伺服电机带动第一支架沿直线导轨长度方向前进；
（3）前进至预热区时，控制第二支架沿顶升导轨下降，使得其钢带下降至恒温平台上细槽中，同时钢带上第一组太阳电池会落入恒温平台上，并通过设置的吸附孔真空吸附定位并对太阳电池进行预热作业；
（4）随后将第一支架与第二支架复位，通过输入装置将第二组太阳电池放置钢带上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置将第一组太阳电池顶起，将预热完成后的第一组太阳电池传送至光注入区，进行光注入工作，而第二组太阳电池由步进传送装置同时传送至预热区进行预热工作；
（5）随后将第一支架与第二支架复位，通过输入装置将第三组太阳电池放置钢带上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置将第一组太阳电池顶起，将光注入完成后的第一组太阳电池传送至冷却区进行冷却，同时将第二组太阳电池顶起，第二组太阳电池从预热区进入至光注入区进行光注入作业，同时将第三组太阳电池传送至预热区进行预热工作；
（6）随后将第一支架与第二支架复位，通过输入装置将第四组太阳电池放置钢带上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置将第一组太阳电池顶起，将冷却完成后的第一组太阳电池通过输出装置进行收集，完成第一组太阳电池的整个光注入作业过程；同时将第二组太阳电池顶起，第二组太阳电池从光注入区进入至冷却区进行作业……。
本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
本发明通过设置步进传输装置，当太阳电池在光注入区进行处理时，步进输送机构处于下降，钢带位于恒温平台细槽中，不与恒温平台上吸附的太阳电池接触，在传送过程中不会影响太阳电池的传热效率，保证太阳电池温度控制；
本发明通过设置的高热容恒温平台内的翅片散热器，同时辅助以单独控制的电加热管可有效保证了恒温平台温度均匀性，同时进行光注入作业时太阳电池完全吸附于恒温平台上，有效保证了太阳电池的温度控制精度；
本发明设置的第一横流风机，能提供等风量平流通过散热表面，有效保证了散热器沿风流方向的散热一致性，第一横流风机风量随着LED芯片输出光能大小变化可线性调节，保证了在不同输出光能工况下都能有效保证太阳电池的温度控制精度；
本发明采用了整体框架式LED灯光照模组，通过设置的水冷系统和风冷系统，两种降温方式有效保证了在光注入高温环境中LED芯片的寿命。
附图说明
图1为本发明正面结构示意图。
图2为本发明立体结构示意图。
图3为本发明步进传送装置和光注入区示意图。
附图标记：1-机架；11-恒温箱体；12-热排口；13-主进水管路；14-主回水管路；15-LED电源；2-输入装置；21-皮带传送机；22-单轴机械手；3-预热区；4-光注入区；41-恒温平台；42-翅片散热器；43-第一横流风机；5-冷却区；51-冷却风机；6-输出装置；7-步进传送装置；71-直线导轨；72-第二支架；73-钢带；74-第一伺服电机；75-滚珠丝杆单轴机械手；76-顶升导轨；77-第二伺服电机；78-电缸；8-LED灯光模组；81-水冷板；82-LED芯片；83-耐热玻璃；84-第二横流风机。
具体实施方式
实施例
本发明一种太阳电池光注入设备，如图1和图2所示，包括机架1，其机架1上一端设有输入装置2，另一端设有输出装置6，输入装置2与输出装置6之间设有用于传送的步进传送装置7，所述步进传送装置7顶部设有恒温箱体11，所述恒温箱体11内依次设有预热区3、光注入区4及冷却区5。本实施例中的太阳电池光注入设备可处理太阳电池的尺寸为156mmX156mm ～ 210mmX210mm，保温箱体采用钢结构骨架与保温材料制成，其保温材料的厚度不小于50mm。
所述步进传送装置7包括直线导轨71、顶升导轨76、第一支架、第二支架72、钢带73、第一伺服电机74及第二伺服电机77，多条直线导轨71均相互平行设置在机架1上，直线导轨71上设有第一支架，所述直线导轨71一端还设有用于第一支架沿直线导轨71移动的第一伺服电机74与滚珠丝杆单轴机械手7522；所述第一支架上设有多条顶升导轨76，顶升导轨76上安装有第二支架72，第二支架72上均匀设有多组钢带73，顶升导轨76一端还设有用于第二支架72沿顶升导轨76升降的第二伺服电机77与电缸78。本实施例中步进传送装置7的传送周期不大于2S，整个运行过程为第二支架72沿顶升导轨76上升——第一支架沿直线导轨71前行——第二支架72沿顶升导轨76下降——第一支架沿直线导轨71后退，整个运行过程形成一个类似矩形形状，本实施例中的钢带73为12条，顶升导轨76为4条，直线导轨71为4条。
所述恒温箱体11内还设有恒温平台41，其恒温平台41的高度处于第一支架与第二支架72之间，恒温平台41上开设有多条细槽，细槽大小与钢带73大小相适应，恒温平台41上还设有若干个吸附孔，吸附孔与设于恒温箱体11外部的真空系统通过真空管路相连。本实施例真空系统为常用现有技术，真空管路为可耐300℃的不锈钢管制成，真空系统可通过设置的吸附孔对太阳电池吸附定位，保证顺利完成作业；设置的细槽数量、大小与钢带73的数量、大小相匹配，细槽用于钢带73在输送过程中，保证不影响太阳电作业时传热效率。所述预热区3包括位于恒温平台41内部的多个电加热管，预热区3可将太阳电池迅速加热至预热温度，预热温度为100℃～250℃。
所述光注入区4内的工位可设置有多个，光注入区4包括控温风道和多个LED灯光模组8，所述控温风道设于恒温平台41底部，控温风道包括入风口与出风口，入风口处安装有第一横流风机43，出风口与恒温箱体11外的多个热排口12相连，其中控温风道内还设有翅片散热器42。本实施例中入风口与出风口处均设有可开闭的风门，为防止控温风道的温度过高，可打开入风口与出风口，通过设置的第一横流风机43、翅片散热器42、热排口12进行散热，保证温度控制精度在±1℃之间；设置的翅片散热器42大小与控温风道相适应，其翅片方向沿进风口延伸至出风口设置，光注入区4的工位可根据实际生产设有1～8个工位。
所述LED灯光模组8设于恒温平台41顶部，LED灯光模组8包括框架、LED芯片82、水冷系统及风冷系统，框架中设有耐热玻璃83，LED芯片82安装于耐热玻璃83顶部，且LED芯片82分别与水冷系统、风冷系统相连；所述LED芯片82对准恒温平台41上的太阳电池设置，其LED芯片82的光强度范围10KW/m2～100 KW/m2之间，光注入时间为10s～1000s。本实施例中采用两种水冷系统、风冷系统对LED芯片82进行控温，水冷系统由水冷板81、水冷管路及温度传感器组成，其中水冷板81与LED芯片82的铜质电路板相连，且两者间涂有导热硅脂，水冷板81的进水口和回水口通过水冷管路并联接入设置在机体上的主进水管路13和主回水管路14，通过不断循环的水来对LED芯片82降温，当水冷系统正常工作时，LED灯光照模组的水流量为1m3/h，回水升温5℃，LED芯片82节温升高5℃；风冷系统由安装于一端第二横流风机64与另一端的排风口组成，其作用是对LED芯片82表面降温，第二横流风机64安装于耐热玻璃83与LED芯片82之间对LED芯片82进行降温，还包括LED电源15，LED电源15与LED芯片82相连。
所述光注入区4的控温风道和LED灯光模组8分别为单独控制系统独立控制，且当LED芯片82光强度为60KW/m2时，其太阳电池的温度可控制在150℃～300℃之间。本实施例中LED芯片82光强度优选为60KW/m2，再通过设置的控温风道作用下，可将太阳电池的温度始终保持在150℃～300℃之间，从而防止太阳电池温度过高。
所述冷却区5包括设于恒温平台41上的冷却风机51，其冷却风机51对准恒温平台41设置。冷却风机51可将光注入处理完成后的太阳电池迅速冷却至室温。
所述输入装置2与输出装置6均包括皮带传送机21与单轴机械手22，单轴机械手22安装于皮带传送机21顶部。本实施例中的输入装置2作用是将烧结后的太阳电池通过多个皮带输送机排列为一排多个太阳电池，然后通过单轴机械手22将排列好的电池组吸取至步进传送装置7上；输出装置6通过单轴机械手22光注入作业完成后太阳电池吸取至皮带输送机上传出本设备。
所述输入装置2与输出装置6顶部还设有LED电源15，LED电源15与LED芯片82相连。
一种太阳电池光注入设备的方法，包含以下步骤：
（1）当第一组太阳电池通过输入装置2，放置于步进传送装置7中的钢带73上；
（2）通过电缸78和第二伺服电机77带动第二支架72沿顶升导轨76上升至最高处，随后通过第一伺服电机74带动第一支架沿直线导轨71长度方向前进；
（3）前进至预热区3时，控制第二支架72沿顶升导轨76下降，使得其钢带73下降至恒温平台41上细槽中，同时钢带73上第一组太阳电池会落入恒温平台41上，并通过设置的吸附孔真空吸附定位并对太阳电池进行预热作业；
（4）随后将第一支架与第二支架72复位，通过输入装置2将第二组太阳电池放置钢带73上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置7将第一组太阳电池顶起，将预热完成后的第一组太阳电池传送至光注入区4，进行光注入工作，而第二组太阳电池由步进传送装置7同时传送至预热区3进行预热工作；
（5）随后将第一支架与第二支架72复位，通过输入装置2将第三组太阳电池放置钢带73上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置7将第一组太阳电池顶起，将光注入完成后的第一组太阳电池传送至冷却区5进行冷却，同时将第二组太阳电池顶起，第二组太阳电池从预热区3进入至光注入区4进行光注入作业，同时将第三组太阳电池传送至预热区3进行预热工作；
（6）随后将第一支架与第二支架72复位，通过输入装置2将第四组太阳电池放置钢带73上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置7将第一组太阳电池顶起，将冷却完成后的第一组太阳电池通过输出装置6进行收集，完成第一组太阳电池的整个光注入作业过程；同时将第二组太阳电池顶起，第二组太阳电池从光注入区4进入至冷却区5进行作业……。

Claims (10)

1.一种太阳电池光注入设备，其特征在于，包括机架，其机架上一端设有输入装置，另一端设有输出装置，输入装置与输出装置之间设有用于传送的步进传送装置，所述步进传送装置顶部设有恒温箱体，所述恒温箱体内依次设有预热区、光注入区及冷却区。
2.根据权利要求1所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述步进传送装置包括直线导轨、顶升导轨、第一支架、第二支架、钢带、第一伺服电机及第二伺服电机，多条直线导轨均相互平行设置在机架上，直线导轨上设有第一支架，所述直线导轨一端还设有用于第一支架沿直线导轨移动的第一伺服电机与滚珠丝杆单轴机械手；所述第一支架上设有多条顶升导轨，顶升导轨上安装有第二支架，第二支架上均匀设有多组钢带，顶升导轨一端还设有用于第二支架沿顶升导轨升降的第二伺服电机与电缸。
3.根据权利要求2所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述恒温箱体内还设有恒温平台，其恒温平台的高度处于第一支架与第二支架之间，恒温平台上开设有多条细槽，细槽大小与钢带大小相适应，恒温平台上还设有若干个吸附孔，吸附孔与设于恒温箱体外部的真空系统通过真空管路相连。
4.根据权利要求3所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述预热区包括位于恒温平台内部的多个电加热管，预热区可将太阳电池迅速加热至预热温度，预热温度为100℃～250℃。
5.根据权利要求4所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述光注入区内的工位可设置有多个，光注入区包括控温风道和多个LED灯光模组，所述控温风道设于恒温平台底部，控温风道包括入风口与出风口，入风口处安装有第一横流风机，出风口与恒温箱体外的多个热排口相连，其中控温风道内还设有翅片散热器。
6.根据权利要求5所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述LED灯光模组设于恒温平台顶部，LED灯光模组包括框架、LED芯片、水冷系统及风冷系统，框架中设有耐热玻璃，LED芯片安装于耐热玻璃顶部，且LED芯片分别与水冷系统、风冷系统相连；所述LED芯片对准恒温平台上的太阳电池设置，其LED芯片的光强度范围10KW/m2～100 KW/m2之间，光注入时间为10s～1000s。
7.根据权利要求6所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述光注入区的控温风道和多个LED灯光模组均为单独独立控制系统控制，且当LED芯片光强度为60KW/m2时，其太阳电池的温度可控制在150℃～300℃之间。
8.根据权利要求7所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述冷却区包括设于恒温平台上的冷却风机，其冷却风机对准恒温平台设置。
9.根据权利要求8所述一种太阳电池光注入设备，其特征在于，所述输入装置与输出装置均包括皮带传送机与单轴机械手，单轴机械手安装于皮带传送机顶部。
10.根据任意权利要求1～9所述一种太阳电池光注入设备的方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）当第一组太阳电池通过输入装置，放置于步进传送装置中的钢带上；
（2）通过电缸和第二伺服电机带动第二支架沿顶升导轨上升至最高处，随后通过第一伺服电机带动第一支架沿直线导轨长度方向前进；
（3）前进至预热区时，控制第二支架沿顶升导轨下降，使得其钢带下降至恒温平台上细槽中，同时钢带上第一组太阳电池会落入恒温平台上，并通过设置的吸附孔真空吸附定位并对太阳电池进行预热作业；
（4）随后将第一支架与第二支架复位，通过输入装置将第二组太阳电池放置钢带上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置将第一组太阳电池顶起，将预热完成后的第一组太阳电池传送至光注入区，进行光注入工作，而第二组太阳电池由步进传送装置同时传送至预热区进行预热工作；
（5）随后将第一支架与第二支架复位，通过输入装置将第三组太阳电池放置钢带上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置将第一组太阳电池顶起，将光注入完成后的第一组太阳电池传送至冷却区进行冷却，同时将第二组太阳电池顶起，第二组太阳电池从预热区进入至光注入区进行光注入作业，同时将第三组太阳电池传送至预热区进行预热工作；
（6）随后将第一支架与第二支架复位，通过输入装置将第四组太阳电池放置钢带上，重复上述步骤（2）、（3），此时步进传送装置将第一组太阳电池顶起，将冷却完成后的第一组太阳电池通过输出装置进行收集，完成第一组太阳电池的整个光注入作业过程；同时将第二组太阳电池顶起，第二组太阳电池从光注入区进入至冷却区进行作业……。
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