CN113675301A - 一种返工片的清洗方法及清洗机 - Google Patents

Abstract

一种返工片的清洗方法及清洗机，属于光伏领域。清洗机包括：基座，具有机架、悬臂和机械手；其中，悬臂连接于机架，而机械手滑动地连接于悬臂，并且悬臂沿预设方向延伸；清洗槽，位于所述悬臂之下。清洗槽包括沿所述预设方向依次排布的第一酸洗槽、碱洗槽和第二酸洗槽。其中，第一酸洗槽和第二酸洗槽被用于容纳腐蚀隧穿层的酸洗液；碱洗槽被用于容纳腐蚀掺杂多晶硅层的碱洗液。该清洗机可以被用于对TOPCon电池的返工片进行有效和高效率的清洗。

Description

一种返工片的清洗方法及清洗机

技术领域

本申请涉及光伏领域，具体而言，涉及一种返工片的清洗方法及清洗机。

背景技术

在制备太阳能电池的制程中，因为工艺、设备等问题往往会出现“废片”。为了避免资源浪费、降低成本等方面的考虑，需要对这些废片进行回收再利用。这样的一些废片在本领域中一般被称为之返工片，而对其进行的回收处理则主要是指返工处理，通常也可以简称为返工。

由于太阳能电池片基本上都是层状结构，因此，返工处理主要是把存在缺陷的结构和功能层去除，以便再根据需要对其进行再次制膜。

TOPCon电池是一种基于隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide PassivatedContact)太阳能电池技术。其电池结构特点一般为：N型硅衬底的背面具有一层超薄氧化硅和其上沉积的一层掺杂的多晶硅层。其中的超薄氧化硅和掺杂多晶硅层共同形成了钝化接触结构。该结构能有效降低表面复合和金属接触复合，为电池转换效率进一步提升提供了更大的潜力。

如前述，TOPCon电池的制程中同样会存在返工片，因此，需要对其进行清洗处理。

发明内容

本申请提出了一种返工片的清洗方法及清洗机，其可以改善、甚至解决目前的工艺难以对TOPCon电池的返工片进行有效清洗的问题。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种用于去除隧穿氧化钝化接触太阳电池制程工艺中的返工片的清洗机。

其中，该返工片具有依次叠置的硅衬底、隧穿层、掺杂多晶硅层。清洗机背用于去除上述返工片中的隧穿层和掺杂多晶硅层。

清洗机包括：

基座，具有机架、悬臂和机械手，其中，悬臂连接于机架，机械手滑动地连接于悬臂，悬臂沿预设方向延伸；

清洗槽，位于悬臂之下；

清洗槽包括沿预设方向依次排布的第一酸洗槽、碱洗槽和第二酸洗槽；

第一酸洗槽和第二酸洗槽被用于容纳腐蚀隧穿层的酸洗液，碱洗槽被用于容纳腐蚀掺杂多晶硅层的碱洗液。

示例中的上述清洗机配置有酸洗槽以及碱洗槽且分别按照设定的顺序进行排布。因此，返工片也可以按照上述各槽的排布顺序被依次进行对应的清洗处理，即依次酸洗、碱洗、酸洗。通过上述结构的清洗机能够实现对TOPCon电池的返工片的高效率清洗。

根据本申请的一些示例，机械手的数量为多个，全部的机械手分别独立地滑动连接于悬臂。

配置多个机械手可以提高清洗效率，尤其是对于需要对批量的返工片进行清洗操作情况。多个机械手可以根据不同返工片位于不同工段而进行操作。

根据本申请的一些示例，基座具有多个悬臂，全部的机械手分别连接于多个悬臂。

机械手连接于悬臂，因此，悬臂实质上在一定程度上限定了机械手的运动方向和轨迹。因此，设置多个悬臂将有助于进一步提高机械手可运动空间，从而避免机械手彼此之间发生互相干扰。

根据本申请的一些示例，清洗机还包括用于放置返工片的载具，载具与机械手配合，且能够被机械手转移而被放置于第一酸洗槽、碱洗槽和第二酸洗槽中的任意一种内。

清洗机配置用于装返工片的载具，并且通过机械手的操作来控制载具在不同的槽中停留，能够在一定程度上提高清洗操作效率且无需要人工过度介入，也避免返工片的机械损伤如崩角等。

根据本申请的一些示例，清洗机还包括多个鼓泡器，多个鼓泡器至少配置于第一酸洗槽、碱洗槽和第二酸洗槽中的至少一者。

根据本申请的一些示例，清洗机包括沿预设方向配置于第二酸洗槽的下游工序的水洗槽，水洗槽是淋洗水槽或漂洗水槽，淋洗水槽配置有淋洗器；

或者，清洗机包括沿预设方向配置于第二酸洗槽的下游工序的水洗槽，水洗槽包括淋洗水槽和漂洗水槽，淋洗水槽配置有淋洗器，且清洗槽按照以下方式进行排布：沿预设方向依次排布第一酸洗槽、碱洗槽、第二酸洗槽、淋洗水槽和漂洗水槽。

根据本申请的一些示例，清洗槽还包括第一水槽和第二水槽，第一水槽位于第一酸洗槽和碱洗槽之间，第二水槽位于第二酸洗槽和碱洗槽之间。

通过配置第一水槽和第二水槽，返工片前一次酸洗或碱洗后都会被水洗，从而可以将返工片的表面的酸和碱清洗掉，以避免后续对后续的清洗液的不利影响。

根据本申请的一些示例，第一酸洗槽、第二酸洗槽和碱洗槽分别独立地配置排液管道。

酸洗槽和碱洗槽中用于对返工片表面的镀层进行对应清洗，因此，槽液中会存在大量的镀层物质，为避免其污染其他槽中的清洗液，通过配置独立的排液管道进行排液。

根据本申请的一些示例，清洗机包括定时装置，定时装置被配置通过机械手使返工片在第一酸洗槽和第二酸洗槽中分别独立地停留第一时间、使返工片在碱洗槽中停留第二时间，第一时间小于第二时间。

在第二方面，本申请的示例提供了一种通过上述的清洗机实施的返工片的清洗方法。

该清洗方法包括：

在清洗槽中分别对应装入清洗试剂；

由机械手将返工片依次放入清洗槽中的各个槽进行清洗，并且通过定时装置控制返工片在第一酸洗槽和第二酸洗槽中的浸泡时间小于返工片在碱洗槽中的浸泡时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请示例中的用于对返工片进行清洗的清洗机的结构示意图；

图2示出了通过图1所示的清洗机实施的返工片的清洗方法。

图标：10-清洗机；11-基座；12-清洗槽；110-机架；111-悬臂；112-机械手；121-第一酸洗槽；122-碱洗槽；123-第二酸洗槽；124-水洗槽。

具体实施方式

返工片是在太阳能电池的制造工艺流程中出现的一些存在缺陷，但是可以通过返工处理而被再次使用的中间产品。

在TOPCon电池的制造工艺中，同样会产生各种返工片。由于返工片具有衬底以及在其表面上的多个镀层结构，因此需要将镀层去除以便重新使用，例如进行制绒、镀膜等。

目前，对太阳能电池工艺中的返工片的处理多是在PERC电池的制程中所使用的PERC清洗机。该清洗机主要通过酸洗的方式去除PERC电池的返工片上的镀层。但是，Topcon工艺行程的poly膜属于多晶硅膜层结构，其不能与上述的应用于PERC电池的酸反应。换言之，PERC工艺无法洗掉TOPCon工艺中的poly膜。

因此，有必要使用一种新的设备来对TOPCon工艺中的返工片进行返工处理。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，在不矛盾或冲突的情况下，本申请的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本申请中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本申请公开的内容自制。在本申请中，为了突出本申请的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

针对于TOPCon电池工艺中的返工片的返工处理的需求，在本申请的示例中提出了一种清洗机。利用该清洗机可以从返工片获得表面镀层去除效果理想的基片/衬底，以便被用于再生产。

需要指出的，在本申请示例中的返工片是指隧穿氧化钝化接触太阳电池制程工艺中的返工片，并且，该返工片具有依次叠置的硅衬底、隧穿层、掺杂多晶硅层。在TOPCon电池中，硅衬底通常是N型硅，隧穿层是二氧化硅。因此，在本申请示例中，上述清洗机被用于对该返工片进行清洗，从而将其中的二氧化硅隧穿层和多晶硅层去除，获得表面质量良好的硅衬底。

参阅图1，总体上而言，该清洗机10包括基座11和清洗槽12。其中的清洗槽12用于盛装对返工片进行处理的液体试剂，基座11则用来使各种其他设备与清洗槽12配合。

以下将就清洗机10的各部分进行详述。

其中，基座11包括机架110、悬臂111和机械手112。在基座11中，悬臂111与机架110连接，而机械手112则与悬臂111连接。

机架110可以选择为框架结构，并且约束和限定清洗机10的整体外部结构和轮廓。例如机架110采用金属材料例如不锈钢等通过焊接的方式形成框架，然后再于其部分表面(例如其下部)覆盖金属薄板或非金属的诸如塑料板材；然后在上述覆盖透明材料如玻璃或者透明的塑料板从而形成相对封闭的环境。这样的机架110结构能够避免外界环境的所带来的可能的污染。

进一步地，为了进一步控制污染，可以采取将所述机架110内抽风的方式进行，同时向机架110内冲入经过滤的气流。如此，通过抽排风可以确保机架110内部始终保持清洁的空气。

在机架110的顶部设置悬臂111，且可以提供机械手112运动的路径。悬臂111可以是导轨，并且其固定在机架110的框架结构上。一种可替代的示例中，悬臂111可以是具有凹槽结构的轨道。根据不同的实际情况的需要，基座11可以具有数量不等的悬臂111。一些示例中，悬臂111可以是一个，或者悬臂111也可以是两个，后者悬臂111也可以更多个。悬臂111的数量可以配合机械手112的数量进行适应性的设置。

与悬臂111配合连接的机械手112可以采用本领域中已知的各种机械手结构。机械手112可以具有一个底座和连接底座在的多个臂结。各个臂结之间通过电机配合减速机可转动地连接，从而形成多自由度的机械手112，以便能够执行多种操作。

机械手112可以通过上述的底座与悬臂111滑动连接。因此，机械手112可以沿着悬臂111上的凹槽进行滑动。例如，悬臂111设置有断面形成了缺口的口字型凹槽。而机械手112的底座则通过诸如滚轮夹持在凹槽的槽壁。如此，机械手112的底座的滚轮通过沿着悬臂111的上述的槽壁滚动行进，从而实现机械手112沿着悬臂111的延伸方向运动。

清洗机10的基座11根据工位被设置为沿着给定的预设方向延伸。相应地，基座11中的悬臂111也是沿着上述的预设方向布置延伸。并且因此，滑动地配置在悬臂111的机械手112能够沿着该预设方向运动，从而使得机械手112可以在不同的工位之间来回运动。

针对于清洗返工片的需要，在不同的清洗工序，清洗机10对应配置有不同的工位，并且，在不同的工位对应配置了清洗槽12。清洗槽12被放置在基座11内的下部，而悬臂111则位于其上部。因此，清洗槽12也是位于悬臂111的下方；即机械手112也位于清洗槽12之上。

基于清洗TOPCon电池的前述返工片，在本申请中示例中，清洗槽12至少具有沿预设方向依次排布的第一酸洗槽121、碱洗槽122和第二酸洗槽123。上述的各个清洗槽12按照清洗工艺的步骤顺序依次配置，且沿着悬臂111的延伸方向按照上述顺序布置。因此，返工片在被清洗时，会依次通过第一酸洗槽121、碱洗槽122以及第二酸洗槽123。

在一些示例中，为了提高清洗效果，清洗机10还可以配置鼓泡器(图未绘示)。鼓泡器用于在槽中形成气泡，起到对清洗试剂的翻动作用。清洗槽12中的各个槽均可选择配置一个或多个鼓泡器。鼓泡器通常可以通过在槽底以及可选地在槽侧壁安装具有多个气孔的管道来实现。并且，管道还连接气泵，以便通过向槽中的液体内喷出气体(例如氮气)实现鼓泡。另外，由于酸液和碱液的排放需要进行更严苛的处理以达到排放标准，因此，酸洗槽和碱洗槽122可以配置独立的排液管道，并通过阀门控制是否放液。

在上述清洗槽中，顾名思义，第一酸洗槽121和第二酸洗槽123是用来对返工片实施利用酸液进行清洗的槽体，且在进行清洗操作时其中被注入酸液。碱洗槽122则是被用来对返工片实施利用碱液进行清洗的槽体，且在进行清洗操作时其中被注入碱液。

清洗槽12中除了配置以上对返工片上的镀膜层进行实质清洗用的槽之外，还可以配置水槽。其用于清洗酸液或碱液以及可能存在的颗粒物等。示例性地，清洗机10可以包括沿预设方向配置于第二酸洗槽123的下游工序的水洗槽124。

其中的水洗槽124可以是淋洗水槽或漂洗水槽，并且淋洗水槽配置有淋洗器。

或者，清洗机10也可以包括沿工序流的预设方向配置于第二酸洗槽123的下游工序的水洗槽124。并且水洗槽124可以包括淋洗水槽和漂洗水槽，并且淋洗水槽配置有淋洗器。在此基础上，清洗槽12按照以下方式进行排布：沿预设方向依次排布第一酸洗槽121、碱洗槽122、第二酸洗槽123、淋洗水槽和漂洗水槽。

或者，进一步地，清洗槽12还可以配置第一水槽和第二水槽；其中第一水槽位于第一酸洗槽121和碱洗槽122之间，第二水槽位于第二酸洗槽123和碱洗槽122之间。

换言之，在第一酸洗槽121和碱洗槽122之间、在碱洗槽122和第二酸洗槽123之间，以及第二酸洗槽123之后均可以根据功能设计的需要而配置用于水洗(可以是喷淋或浸泡)的槽体。因此，在清洗工艺上，酸洗后和碱洗后返工片都可以用水进行清洗。

参阅图2，以在硅衬底上依次镀有一层二氧化硅层和一层多晶硅层的返工片为例，通过上述示例中的清洗机10可以实现对返工片下述清洗。首先，用第一酸洗槽121对返工片清洗，使得返工片中的二氧化硅层从侧面被部分去除，然后，再在碱洗槽122中将多晶硅层去除，然后再使用第二酸洗槽123将剩余的二氧化硅层去除。

因此，实际执行清洗操作时，机械走可以将返工片先转移到第一酸洗槽121通过酸液清洗一段时间，然后机械手112再将返工片转移到碱洗槽122中用碱液清洗另一段时间，再后机械手112又将返工片转移到第二酸洗槽123通过酸液清洗再一段时间。

为了控制酸洗时间清洗机10可以配置定时装置。定时装置被用来通过机械手112，使返工片在第一酸洗槽121以及第二酸洗槽123中，分别独立地停留第一时间(可以相同也可以不同)、使返工片在碱洗槽122中停留第二时间，并且第一时间小于第二时间。

定时装置可以是各种计时器；或定时装置其还可以是基于各种控制器制作的定时控制装置。其中的控制器可以是各种能够进行一定数据存储和处理的电子元器件或其集合。例如，中央处理器(CPU)、微控制单元(MCU)、可编辑逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器(PAC)、工业控制计算机(IPC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、专门应用的集成电路芯片(ASIC芯片，Application Specific IntegratedCircuit)等等。

通过定时装置和清洗槽12的配置方式，可以对返工片实现特定的处理方式，从而可以在清洗质量和效率方面取得优异的效果。如前述，返工片在第一清洗槽12内清洗一段时间，被从返工片的侧面腐蚀部分二氧化硅层。如此，多晶硅层的两个表面均被一定程度上暴露。那么，在碱洗槽122中进行清洗时，多晶硅层可以被从上下两个表面同时腐蚀从而获得更高的效率。然后在多晶硅层去除之后，再通过第二酸洗槽123将剩余的二氧化硅层腐蚀掉。

另外，由于多晶硅层的腐蚀速度慢且其厚度显著地大于二氧化硅层，因此，先腐蚀部分的二氧化硅层，再腐蚀多晶硅层可以提高设备的利用率和清洗效果这对于需要进行大量的返工片清洗的情况效果尤其突出。

一些示例中，可以采取一个机械手112在悬臂111上线性地运动，并与线性地配置的清洗槽12配合。

另一些示例中，清洗槽12也可以采用非线性排布的方式，而是通过机械手112的来回往复运动来实现使返工片在不同槽中清洗。例如，清洗槽12按照第二酸洗槽123、第一酸洗槽121和碱洗槽122的方式排布。而由于清洗工序是按照第一酸洗槽121、碱洗槽122和第二酸洗槽123的方式进行，因此需要机械手112频繁地往复运动。这就会明显地增加机械手112的运动复杂度不便于控制，并且当需要对大量的返工片清洗时，这还可能影响正常的清洗操作。因此，清洗槽12优选按照清洗工艺的工序顺序地排布。

对于仅具有一个机械手112的情况，由于清洗槽12是按照预设方向排布的且机械手112是线性地由工序的上游端向下游段运动，清洗时可能存在设备使用率无法进一步提高的情况。因此，在另一些示例中，可以选择配置多个机械手112，或者进一步地还可以配置多个悬臂111，以便使不同的机械手112可以在不同的悬臂111上运动而不会互相干扰。需要指出的是不同的悬臂111安装的机械手112的数量可以根据不同情况进行调整。

为了方便于机械手112转移和搬运返工片，清洗机10还可以选配载具，其用于放置返工片。载具可以是各种单一或批量地容纳返工片的结构(例如硅片花篮)，并且其还能够与机械手112配合(如挂设或夹持等)，从而机械手112移动时保持自身姿态。

进一步地，通过清洗机10的上述配置，在返工片被清洗完成之后可以实施干燥处理，以备其他工序使用。其中的干燥方法例如是风干。示例中在清洗机10的末端工位配置一个排气口；或者，在清洗机10的基座11内增设一个烘干工位，并且在该工位处设置烘干槽。排气口用于将热的气体如氮气送入到清洗机10的基座11内。基于提高干燥效果考虑，排气口可以正对着返工片的放置区域，即采取直吹的方式进行吹扫干燥。

直至本申请的清洗机和清洗方案被充分地公开阐明，使本领域技术人员能够实施该方案。并且通过实施方案可以将TOPCon电池工艺中的返工片中的镀层彻底清理。为了衡量本申请示例中的设备和工艺的清洗效果，可以对清洗后获得产品进行检验。

由于硅衬底的表面颜色和具有表面镀层的返工片的表面的颜色不同。因此，在返工片清洗完成之后，可以通过对获得清洗后的产品的表面颜色的识别来判断镀层是否彻底清除，以评价本申请方案的优劣。

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 (10)

1.一种清洗机，用于清洗隧穿氧化钝化接触太阳电池制程工艺中的返工片，所述返工片具有依次叠置的硅衬底、隧穿层、掺杂多晶硅层，其特征在于，所述清洗机包括：

基座，具有机架、悬臂和机械手，其中，所述悬臂连接于机架，所述机械手滑动地连接于所述悬臂，所述悬臂沿预设方向延伸；

清洗槽，位于所述悬臂之下；

所述清洗槽包括沿所述预设方向依次排布的第一酸洗槽、碱洗槽、第二酸洗槽；

所述第一酸洗槽和所述第二酸洗槽被用于容纳腐蚀所述隧穿层的酸洗液，所述碱洗槽被用于容纳腐蚀所述掺杂多晶硅层的碱洗液。

2.根据权利要求1所述的清洗机，其特征在于，所述机械手的数量为多个，全部的机械手分别独立地滑动连接于所述悬臂。

3.根据权利要求2所述的清洗机，其特征在于，所述基座具有多个悬臂，全部的机械手分别连接于所述多个悬臂。

4.根据权利要求1所述的清洗机，其特征在于，所述清洗机还包括用于放置所述返工片的载具，所述载具与所述机械手配合，且能够被所述机械手转移而被放置于第一酸洗槽、碱洗槽和第二酸洗槽中的任意一者内。

5.根据权利要求1所述的清洗机，其特征在于，所述清洗机还包括多个鼓泡器，所述多个鼓泡器至少配置于所述第一酸洗槽、碱洗槽和第二酸洗槽中的至少一者。

6.根据权利要求1所述的清洗机，其特征在于，所述清洗机包括沿所述预设方向配置于所述第二酸洗槽的下游工序的水洗槽，所述水洗槽是淋洗水槽或漂洗水槽，所述淋洗水槽配置有淋洗器；

或者，所述清洗机包括沿所述预设方向配置于所述第二酸洗槽的下游工序的水洗槽，所述水洗槽包括淋洗水槽和漂洗水槽，所述淋洗水槽配置有淋洗器，且所述清洗槽按照以下方式进行排布：沿所述预设方向依次排布第一酸洗槽、碱洗槽、第二酸洗槽、淋洗水槽和漂洗水槽。

7.根据权利要求6所述的清洗机，其特征在于，所述清洗槽还包括第一水槽和第二水槽，所述第一水槽位于所述第一酸洗槽和所述碱洗槽之间，所述第二水槽位于所述第二酸洗槽和所述碱洗槽之间。

8.根据权利要求1所述的清洗机，其特征在于，所述第一酸洗槽、所述第二酸洗槽和所述碱洗槽分别独立地配置排液管道。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的清洗机，其特征在于，所述清洗机包括定时装置，所述定时装置被配置通过所述机械手使所述返工片在所述第一酸洗槽和所述第二酸洗槽中分别独立地停留第一时间、使所述返工片在所述碱洗槽中停留第二时间，所述第一时间小于所述第二时间。

10.一种返工片的清洗方法，通过权利要求9所述的清洗机实施，其特征在于，所述清洗方法包括：

在所述清洗槽中分别对应装入清洗试剂；

由所述机械手将所述返工片依次放入所述清洗槽中的各个槽进行清洗，并且通过所述定时装置控制所述返工片在所述第一酸洗槽和所述第二酸洗槽中的浸泡时间小于所述返工片在所述碱洗槽中的浸泡时间。

Images