CN204538068U - 一种太阳能电池的氢钝化设备 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池的氢钝化设备，包括腔体，所述腔体由可开闭的真空门隔成常压室和低压室，所述低压室与真空装置连接，所述腔体内安装有在常压室和低压室之间传送太阳能电池的输送装置，所述常压室内安装有控制系统和冷却平台，所述低压室内安装有使太阳能电池保持稳定温度的温控加热器，还包括一用于对太阳能电池施加偏压的直流偏压装置，所述直流偏压装置包括安装在低压室内的可相对运动后与太阳能电池接触后通电的上电极板和下电极板，所述上电极板和下电极板均与输出恒压或恒流的电源控制器连接，所述直流偏压装置、输送装置、温控加热器、真空装置、冷却平台均与控制系统连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池制造设备领域，特别涉及一种实现对太阳能电池进行氢钝化处理的设备。
背景技术
目前商用晶体硅太阳能电池所采用的硅晶体中通常含有大量的杂质和结构缺陷。这些杂质和缺陷包括：硼与氧形成的复合体、过渡金属杂质、位错、晶界等。它们作为光生载流子的复合中心使电池基体中的少数载流子寿命下降，从而使太阳能电池的转换效率相应地降低。
实验表明氢原子在硅晶体中能够与其中多数的杂质和缺陷反应，钝化这些复合中心使其复合活性降低，从而改善太阳能电池的电学性能。太阳能电池中的氢可来源于电池表面沉积的富含氢的氮化硅薄膜或者其他富含氢的薄膜、氢等离子体气氛等。然而经过常规的太阳能电池制造流程，只有极少量的氢原子进入电池基体内部对杂质和缺陷起到钝化作用。所以通过充分发挥氢的钝化作用可以进一步发掘太阳能电池转换效率的提升空间。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种对太阳能电池实现高效氢钝化、提升太阳能电池转换效率的太阳能电池的氢钝化设备。
本实用新型采用的技术方案是：
一种太阳能电池的氢钝化设备，包括腔体，所述腔体由可开闭的真空门隔成常压室和低压室，所述低压室与真空装置连接，所述腔体内安装有在常压室和低压室之间传送太阳能电池的输送装置，所述常压室内安装有控制系统和冷却平台，所述低压室内安装有使太阳能电池保持稳定温度的温控加热器，其特征在于：还包括一用于对太阳能电池施加偏压的直流偏压装置，所述直流偏压装置包括安装在低压室内的可相对运动后与太阳能电池接触后通电的上电极板和下电极板，所述上电极板和下电极板均与输出恒压或恒流的电源控制器连接，所述直流偏压装置、输送装置、温控加热器、真空装置、冷却平台均与控制系统连接。本实用新型的低压室内气压范围为1-100 mbar，低压室中安装有直流偏压装置和温控加热器，太阳能电池在低压室中进行负载偏压的处理。本实用新型所述直流偏压装置的目的在于改变太阳能电池pn结区的空间电势，通过注入载流子的方式调节氢原子的电荷态同时通过电场驱动氢离子进入电池基体中，对太阳能电池实现高效氢钝化、提升太阳能电池转换效率。本实用新型所述温控加热器给太阳能电池加热的目的在于激活太阳能电池近表面处的氢原子从束缚态向自由态转变，同时其扩散过程是热力学过程，温度可以显著加速其扩散速度，从而让更多氢原子以更快的速度进入太阳能电池基体中。
进一步，所述电源控制器输出的是恒定直流电压，输出电压的调节范围为0-500伏，或者所述电源控制器输出的是恒定直流电流，输出电流的调节范围为0-20安培。
进一步，所述上电极板安装有可伸缩的导电探针或铺设有耐高温的导电橡胶，与太阳能电池接触时形成弹性接触，目的在于保护太阳能电池，以防碎裂。
进一步，所述下电极板与太阳能电池输送装置中的托盘是一整体结构，托盘与电源控制器连接形成回路。
进一步，所述上、下电极上安装有压力传感器，当电极与太阳能电池之间的接触压力达到设定值时反馈到电极运动装置使电极停止运动。
进一步，所述温控加热器的工作温度范围为50-400摄氏度。
进一步，所述温控加热器是一个由加热管发热的加热块，加热块与太阳能电池接触通过热传导的方式加热，所述加热块中含有冷却管道，冷却管道中有流动的冷却介质如空气、水、油等，冷却管道的目的在于消除太阳能电池在通电过程中自身发热造成的温度失控。
或者，所述温控加热器是一组排列在太阳能电池底部或环绕在太阳能电池四周的强光源，通过灯光烘烤加热的方式使太阳能电池处于工作温度。
进一步，所述冷却平台是一个含有冷却管道的金属箱体，冷却平台与太阳能电池接触通过热传导的方式冷却，冷却管道中流通的冷却介质如空气、水或油带走热量。
或者，所述冷却平台是一组气体喷淋装置，所述气体喷淋装置的喷嘴围绕太阳能电池设置，冷却空气从喷嘴中射出吹拂太阳能电池的表面达到快速降温的目的。
进一步，所述输送装置包括输送平台，所述输送平台上设置有一个或者两个以上的盛放太阳能电池的托盘，所述输送平台与驱动装置连接。托盘与托盘之间为电绝缘状态，托盘采用的材料为金属导体。在一种有利实施方案中，托盘选用铝及其合金。
进一步，所述直流偏压装置还包括一控制上电极板或下电极板运动的电极运动装置，所述电极运动装置与控制系统连接。其中上电极板与电极运动装置连接，下电极板由铝质金属托盘充当，当太阳能电池正确进入工位后，电极运动装置驱动上电极板向下移动与太阳能电池接触。作为替代方案，上电极板固定，电极运动装置安装于温控加热器下方，当太阳能电池处于正确工位后，电极运动装置推动温控加热器上升并且抬举托盘脱离输送平台直至太阳能电池与上电极板形成接触。
本实用新型的有益效果：使用该设备可将太阳能电池表面的氢原子注入到电池基体中钝化其中的杂质和缺陷，能够降低或消除太阳能电池因其中硼氧复合体所导致的光衰减效应，从而提高太阳能电池的发电效能。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的输送平台的俯视图。
图3是本实用新型的输送平台的主视图。
图4是本实用新型的上电极板的一种结构示意图。
图5是本实用新型的上电极板的另一种结构示意图。
图6是本实用新型的温控加热器的一种结构示意图。
图7是本实用新型的冷却平台的一种实施方式的结构俯视图。
图8是图7中的结构侧视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图1-8，一种太阳能电池的氢钝化设备，包括腔体，所述腔体由可开闭的真空门13隔成常压室2和低压室1，所述低压室1与真空装置12连接，所述腔体内安装有在常压室2和低压室1之间传送太阳能电池的输送装置，所述常压室2内安装有控制系统15和冷却平台14，所述低压室1内安装有使太阳能电池5保持稳定温度的温控加热器11，还包括一用于对太阳能电池5施加偏压的直流偏压装置，所述直流偏压装置包括安装在低压室1内的可相对运动后与太阳能电池5接触后通电的上电极板7和下电极板8，所述上电极板7和下电极板8均与输出恒压或恒流的电源控制器9连接，所述直流偏压装置、输送装置、温控加热器11、真空装置12、冷却平台14均与控制系统15连接。本实用新型的低压室1内气压范围为1-100 mbar，低压室1中安装有直流偏压装置和温控加热器11，太阳能电池5在低压室1中进行负载偏压的处理。本实用新型所述直流偏压装置的目的在于改变太阳能电池5 pn结区的空间电势，通过注入载流子的方式调节氢原子的电荷态同时通过电场驱动氢离子进入电池基体中，对太阳能电池5实现高效氢钝化、提升太阳能电池转换效率。本实用新型所述温控加热器11给太阳能电池5加热的目的在于激活太阳能电池5近表面处的氢原子从束缚态向自由态转变，同时其扩散过程是热力学过程，温度可以显著加速其扩散速度，从而让更多氢原子以更快的速度进入太阳能电池5基体中。
本实施例所述输送装置包括输送平台3，所述输送平台3上设置有一个或者两个以上的盛放太阳能电池5的托盘4，本实施例中设置了4个托盘，如图2所示，所述输送平台3与驱动装置6连接。本实施例所述下电极板8与太阳能电池输送装置中的托盘4是一整体结构，托盘4与电源控制器9连接形成回路。托盘4与托盘4之间为电绝缘状态，如图3所示，托盘4采用的材料为金属导体。在一种有利实施方案中，托盘4选用铝及其合金。当设备启动时，输送平台3位于常压室2内，在托盘4中装入太阳能电池5后进入低压室1的工位进行工作程序；完毕后等低压室1恢复常压，通过打开的真空门13，输送平台3停于常压室2的冷却工位，由冷却平台14冷却。
本实施例所述直流偏压装置还包括一控制上电极板7或下电极板8运动的电极运动装置10，所述电极运动装置10与控制系统15连接。其中上电极板7与电极运动装置10连接，下电极板8由铝质金属托盘充当，当太阳能电池5正确进入工位后，电极运动装置10驱动上电极板7向下移动与太阳能电池5接触。作为替代方案，上电极板7固定，电极运动装置10安装于温控加热器11下方，当太阳能电池5处于正确工位后，电极运动装置10推动温控加热器11上升并且抬举托盘4脱离输送平台3直至太阳能电池5与上电极板7形成接触。
本实施例电源控制器9在上下电极与太阳能电池5接触时在电池正负两极施加恒定的直流电压，电压范围为0-500伏。在另外实施例中，作为替代方案，电源控制器9在上下电极与太阳能电池接触时在电池正负两极施加恒定的直流电流，电流范围为0-20安培。真空装置12用于维持低压室气压，由真空泵、真空计及电磁阀等组成。控制系统15用于控制包括太阳能电池的输送装置、电极运动装置10、温控加热器11、真空装置12、冷却平台14等操作，以便按照工艺条件设定输送装置的运动速度、直流偏压装置和加热器的工作参数以及控制冷却平台的冷却速率等功能。
本实施例上电极板7和下电极板8均是一平整的金属导体71，所述上电极板7安装有可伸缩的导电探针74，如图5所示，也可以是在上电极板7下方铺设有耐高温的导电橡胶73，如图4所示，使得上电极板7与太阳能电池5接触时形成弹性接触，目的在于保护太阳能电池5，以防碎裂。本实施例所述上电极板7、下电极板8上安装有压力传感器72，当电极与太阳能电池5之间的接触压力达到设定值时反馈到电极运动装置使电极停止运动。
本实施例低压室1中安装有温控加热器11，使太阳能电池5在承载电压时保持在设定温度，所述温控加热器11的工作温度范围为50-400摄氏度。太阳能电池5除了从温控加热器11中吸收热量之外，自身通电也会产生大量热量，导致太阳能电池5温度甚至超过温控加热器11的设定温度，本实施例所述温控加热器11是一个由加热管111发热的加热块，加热块与太阳能电池5接触通过热传导的方式加热，所述加热块中除了加热管111之外还含有冷却管道112，冷却管道112中有流动的冷却介质如空气、水、油等，通过控制冷却介质的流动带着太阳能电池5在温度失控时产生的多余热量，冷却管道112的目的在于消除太阳能电池5在通电过程中自身发热造成的温度失控，温控加热器11的设计如附图6所示。在另外实施例中，作为替代方案，所述温控加热器11是一组排列在太阳能电池5底部或环绕在太阳能电池四周的强光源，通过灯光烘烤加热的方式使太阳能电池5处于工作温度。
本实施例常压室2中安装有冷却平台14，冷却平台14是一个含有冷却管道的金属箱体，冷却平台14与太阳能电池5接触通过热传导的方式冷却，冷却管道中流通的冷却介质如空气、水或油带走热量。输送装置将完成处理的太阳能电池5推送到冷却平台14上，通过与冷却平台14表面接触传导散热。为实现最佳处理效果，要求将太阳能电池5以最快的速度冷却到室温，其冷却速率可通过控制气体或水的初始温度以及流量来实现。在另外实施例中，作为替代方案，为了实现更快的冷却速度，所述冷却平台14是一组气体喷淋装置，所述气体喷淋装置的喷嘴142围绕太阳能电池5设置，通过气体喷淋装置喷射预冷气体到太阳能电池5表面实现冷却，其结构如附图7、8所示，冷却气体通过气体管道141上的喷头142吹拂到太阳能电池四周以实现最佳的冷却效果。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的氢钝化设备，包括腔体，所述腔体隔成常压室和低压室，所述低压室与真空装置连接，所述腔体内安装有在常压室和低压室之间传送太阳能电池的输送装置，所述常压室内安装有控制系统和冷却平台，所述低压室内安装有使太阳能电池保持稳定温度的温控加热器，其特征在于：还包括一用于对太阳能电池施加偏压的直流偏压装置，所述直流偏压装置包括安装在低压室内的可相对运动后与太阳能电池接触后通电的上电极板和下电极板，所述上电极板和下电极板均与输出恒压或恒流的电源控制器连接，所述直流偏压装置、输送装置、温控加热器、真空装置、冷却平台均与控制系统连接。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述电源控制器输出的是恒定直流电压，输出电压的调节范围为0-500伏，或者所述电源控制器输出的是恒定直流电流，输出电流的调节范围为0-20安培。
3.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述上电极板安装有可伸缩的导电探针或铺设有耐高温的导电橡胶。
4.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述下电极板与太阳能电池输送装置中的托盘是一整体结构，托盘与电源控制器连接形成回路。
5.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述上、下电极上安装有压力传感器。
6.如权利要求1~5之一所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述温控加热器的工作温度范围为50-400摄氏度。
7.如权利要求6所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述温控加热器是一个由加热管发热的加热块，所述加热块中含有冷却管道，或者所述温控加热器是一组排列在太阳能电池底部或环绕在太阳能电池四周的强光源。
8.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述冷却平台是一个含有冷却管道的金属箱体，或者所述冷却平台是一组气体喷淋装置，所述气体喷淋装置的喷嘴围绕太阳能电池设置。
9.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述输送装置包括输送平台，所述输送平台上设置有一个或者两个以上的盛放太阳能电池的托盘，所述输送平台与驱动装置连接。
10.如权利要求1所述的一种太阳能电池的氢钝化设备，其特征在于：所述直流偏压装置还包括一控制上电极板或下电极板运动的电极运动装置，所述电极运动装置与控制系统连接。
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