CN207116457U - 晶体硅太阳能电池的退火装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种晶体硅太阳能电池的退火装置，包括托盘，传输装置，以及多个工艺腔，传输装置穿过每个工艺腔；多个工艺腔包括至少一个用于电注入及温度模块化控制的退火腔及至少一个用于快速冷却的冷却腔，退火腔和冷却腔沿着传输装置的传输方向依次设置；退火腔内部上方设有可上下升降的平板电极，平板电极连接外部电源，平板电极能够在传动装置的驱动下夹紧电池片叠层与托盘，以使电池片叠层与平板电极构成回路；传输装置、平板电极及传动装置均连接控制系统；其通过多个独立设置的工艺腔，每个工艺腔独立实现电注入及温度调控，从而满足工艺需求，节省能源消耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池加工技术领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池的退火装置。
背景技术
单晶电池片相较多晶电池片具有效率的优势，多晶硅电池片则利用其显著的成本优势来弥补其效率的缺陷，现行的PERC技术使多晶PERC电池效率能与常规单晶相当，但由此带来的光致衰减问题极大限制了其规模化量产应用。以上种种造就了现在单多晶市场的风云莫测，而解决晶硅电池片LID衰减问题正是能拨云见日的关键所在。
现研究显示单晶电池片的主要衰减过程可以利用BO复合体模型进行阐述，而多晶硅片的衰减机制尚未明晰。多晶硅片相较单晶硅片存在更多的晶界和位错缺陷，以及金属杂质含量，导致体少子寿命较低，而PERC技术能有效降低表面复合的优势更是将多晶体寿命低的缺陷愈加突显。其衰减过程也更为复杂，可能存在多种形成机制，如：B-O，Fe-B，以及部分深能级金属杂质等。最新研究指出，硅片本身的质量，如晶体缺陷，金属杂质含量，以及电池片制造时经历的热过程都有可能是影响多晶电池片光致衰减的关键因素。
对相应的缺陷及杂质进行钝化是抑制光致衰减的有效方式，主要机理是：光照或是电注入改变载流子浓度诱发复合中心的形成，同时改变电子的准费米能级，促进相应元素对复合中心进行钝化。为实现该注入方式，现行晶硅抗LID技术主要是通过光热炉以及电注入退火炉实现的。现有的抗LID技术，已经能成功消除单晶硅片的光致衰减问题，但在多晶硅电池片收效甚微。究其原因在于每种复合中心所用的温度和施加外电压窗口都不尽相同。一旦超出相应的温度或施加外电压窗口，已经丧失活性的复合中心就会被激活。单一的注入方式难以有效钝化所有复合中心。针对多种衰减机制，多晶的处理方式将存在多个子阶段，需要更长的处理时间。
现有技术中，有人提出了可以实现光注入退火的设备，利用不同光源(卤素灯/LED/激光)的光热技术可以有效抑制单晶PERC电池的光衰，将转换效率衰减结果从之前的3％～5％降低至1.5％以内。但由于每个光源同时只能对单片电池片进行处理，如要延长辐照处理时间，只能增加光源数目或是降低产能，此举将会导致生产成本增加，产业化难度较大。为此，也有人提出电注入退火的设备，该技术同样在单晶PERC电池片上取得了良好的效果；然而，工艺温度通过电池片焦耳发热及风冷控制，难以实现电注入与退火工艺的独立调控，同时叠层电池片状态将影响叠层电池片温度，较难保证注入工艺的一致性。另外，也有人提出利用恒温腔体加热对电池片进行温度控制，但单腔体气氛温控存在升降温速率缓慢的问题，当工艺需求为多段控制时，难以快速进行温度调控，量产受到限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种晶体硅太阳能电池的退火装置，通过多个独立设置的工艺腔，每个工艺腔独立实现电注入及温度调控，从而满足工艺需求，节省能源消耗，降低生产成本。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
晶体硅太阳能电池的退火装置，包括用于盛放电池片叠层的托盘，用于传送所述托盘的传输装置，以及沿着所述传输装置的传输方向依次设置的多个工艺腔，所述传输装置穿过每个所述工艺腔；
多个所述工艺腔包括至少一个用于电注入及温度模块化控制的退火腔及至少一个用于快速冷却的冷却腔，所述退火腔和所述冷却腔沿着所述传输装置的传输方向依次设置；
所述退火腔内部上方设有可上下升降的平板电极，所述平板电极连接外部电源，所述平板电极能够在传动装置的驱动下夹紧电池片叠层与所述托盘，以使电池片叠层与所述平板电极构成回路；
所述传输装置、所述平板电极及所述传动装置均连接控制系统。
作为优选，所述退火腔数量至少两个，至少两个所述退火腔的腔体温度相同或不同，以实现相同或不同的工艺温度。
作为优选，所述退火腔内设置有温控加热装置和通气装置，通过所述通气装置使所述温控加热装置产生的热量能在所述退火腔内均匀分布；所述温控加热装置和所述通气装置均连接所述控制系统；
所述温控加热装置为发热电阻丝或红外加热灯管，所述通气装置为通气管或轴流风扇；
所述温控加热装置的加热温度范围为RT-400℃。
作为优选，所述冷却腔内设有散热装置，以实现快速冷却；所述散热装置连接所述控制系统；
所述散热装置为金属冷却平台或是循环冷却气体喷淋装置；
所述金属冷却平台内设有冷却管道，所述冷却管道内设有循环流动的冷却介质，用以持续散热；所述冷却介质为空气、水或油；
所述循环冷却气体喷淋装置的喷淋气体为压缩空气、氮气、氩气或氦气。
作为优选，所述电源输出的是恒定直流电压，该电压的调节范围为0-1000V；或
所述电源输出的是恒定直流电流，该电流的调节范围是0-20A。
作为优选，所述平板电极的内部设有用于温度反馈的测温单元，所述测温单元为K、S、E或B型热电偶；
所述测温单元与所述控制系统连接。
作为优选，所述平板电极包括至少两个电极，所述电极间串联连接，每个所述电极对应一叠电池片叠层，每个所述电极包括至少两个可伸缩的导电探针或铺设有耐高温的导电橡胶。
作为优选，所述托盘设置有至少两个用于放置电池片叠层的放置部，多个所述放置部之间串联连接，以使位于所述放置部的多个电池片叠层之间实现串联连接；一个所述电极对应一个所述放置部。
作为优选，每个所述电极设有两种长度的导电探针，较短的所述导电探针对应于电池片叠层并形成串联连接，较长的所述导电探针对应于所述托盘并形成串联连接。
作为优选，所述传动装置包括用于承载并水平传输所述托盘的多排滚轴，以及驱动所述滚轴转动的驱动机构，所述驱动机构连接所述控制系统。
作为优选，每个所述工艺腔均设有用于检测所述托盘位置的限位装置。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型的退火装置，其设置多个相互独立并沿着传输装置的传输方向设置的工艺腔，每个工艺腔可以独立实现电注入及温度调控，相较单腔体温控加热模块，其变温速度快，更易满足工艺需求，同时更能节省能源消耗，降低生产成本。
附图说明
图1是本实用新型的退火装置的整体结构示意图；
图2是图1中的托盘的结构示意图。
图3是图1中的平板电极的结构示意图；
图4是图3中的平板电极的剖视结构示意图；
图中：1-传输装置；2-托盘；21-放置部；3-工艺腔；4-平板电极；41-电极；42-第一探针；43-第二探针；5-电源。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1至4所示，本实用新型的晶体硅太阳能电池的退火装置，包括用于盛放电池片叠层的托盘2，用于传送所述托盘2的传输装置1，以及沿着所述传输装置1的传输方向依次设置的多个工艺腔3，所述传输装置1穿过每个所述工艺腔3。多个所述工艺腔3包括至少一个用于电注入及温度模块化控制的退火腔及至少一个用于快速冷却的冷却腔。其中，所述退火腔内部上方设有可上下升降的平板电极4，所述平板电极4连接外部电源5，所述平板电极4能够在传动装置的驱动下夹紧电池片叠层与所述托盘2。在退火腔中实现电注入，冷却腔中实现冷却，所述退火腔和所述冷却腔沿着所述传输装置1的传输方向依次设置，实现流水线操作，退火腔和冷却腔相互独立，互不影响，这就无需退火腔的温度急速变化，因而相较单腔体温控加热模块，其变温速度快，更易满足工艺需求，同时更能节省能源消耗，降低生产成本。
进一步地，为了监测托盘2是否进入对应工艺腔3，方便进行电注入操作，每个所述工艺腔3均设有用于检测所述托盘2位置的限位装置。所述传输装置1、所述平板电极4、所述传动装置及所述限位装置均连接控制系统。作为优选，所述传动装置包括用于承载并水平传输所述托盘2的多排滚轴，以及驱动所述滚轴转动的驱动机构，所述驱动机构连接所述控制系统。在实际工作时，控制系统控制传输装置1动作，以传输其上的托盘2和托盘2上的电池片叠层经过工艺腔3，当限位装置检测到托盘2以及其上的电池片叠层位于对应的工艺腔中时，限位装置发送信号至控制系统，由控制系统控制传输装置暂停，以保证托盘以及电池片叠层稳定放置在该工艺腔中；随后，控制系统控制传动装置动作，传动装置驱动平板电极向下运动以夹紧电池片叠层与托盘，这时，平板电极的一处与电池片叠层实现电连接，而平板电极的另一处与托盘实现电连接，从而使电池片叠层与所述平板电极4构成回路。
作为优选，所述退火腔数量至少两个，至少两个所述退火腔的腔体温度相同或不同，以实现相同或不同的工艺温度。由此可以看出，每个退火腔相互独立，互不影响，因此，每个所述退火腔内设置有温控加热装置和通气装置，通过所述通气装置使所述温控加热装置产生的热量能在所述退火腔内均匀分布；而所述温控加热装置为发热电阻丝或红外加热灯管，所述温控加热装置的加热温度范围为RT-400℃；所述通气装置为通气管或轴流风扇；所述温控加热装置和所述通气装置均连接所述控制系统。
作为优选，所述冷却腔内设有散热装置，以实现快速冷却；所述散热装置为金属冷却平台或是循环冷却气体喷淋装置；其中，所述金属冷却平台内设有冷却管道，所述冷却管道内设有循环流动的冷却介质，用以持续散热；所述冷却介质为空气、水或油；所述循环冷却气体喷淋装置的喷淋气体为压缩空气、氮气、氩气或氦气；所述散热装置连接所述控制系统。
作为优选，所述电源5输出的是恒定直流电压，该电压的调节范围为0-1000V，例如0V、10V、20V、35V、55V、70V、90V、105V、120V、150V、200V、350V、420V、450V、510V、600V、740V、800V、900、1000V；或，所述电源5输出的是恒定直流电流，该电流的调节范围是0-20A，例如0A、1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A、11A、12A、13A、14A、15A、16A、17A、18A、19A、20A。
作为优选，所述平板电极4的内部设有用于温度反馈的测温单元，所述测温单元为K、S、E或B型热电偶；所述测温单元与所述控制系统连接。
作为优选，所述平板电极4包括至少两个电极41，所述电极41间串联连接，每个所述电极41对应一叠电池片叠层，每个所述电极41包括至少两个可伸缩的导电探针或铺设有耐高温的导电橡胶。
作为优选，所述托盘2设置有至少两个用于放置电池片叠层的放置部21，多个所述放置部21之间串联连接，以使位于所述放置部21的多个电池片叠层之间实现串联连接；一个所述电极41对应一个所述放置部21。其中，每个所述电极41设有两种长度的导电探针，较短的所述导电探针对应于电池片叠层并形成串联连接，较长的所述导电探针对应于所述托盘2并形成串联连接。具体地，在本实施例中，较长的导电探针为第一探针42，较短的导电探针为第二探针43，第一探针42抵触在托盘2上实现电连接，而第二探针43抵触在电池片叠层的最顶部实现电连接。
因此，本实用新型的退火装置，通过多腔体温度模块化设计，实现不同工艺温度曲线，相较纯电流焦耳发热，可对电池片叠层同时或独立实现电注入及温度调控；相较单腔体温控加热模块，本实用新型变温速度快，更易满足工艺需求，同时更能节省能源消耗，降低生产成本。
另外，由于每个退火腔中单独设置平板电极，从而平板电极及托盘实现模块化设计，可按需求增加单批次处理电池片叠层数量，增加产能；单个平板电极上下运动，相较上下电极运动，其能简化机械传动。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.晶体硅太阳能电池的退火装置，其特征在于，包括用于盛放电池片叠层的托盘，用于传送所述托盘的传输装置，以及沿着所述传输装置的传输方向依次设置的多个工艺腔，所述传输装置穿过每个所述工艺腔；
多个所述工艺腔包括至少一个用于电注入及温度模块化控制的退火腔及至少一个用于快速冷却的冷却腔，所述退火腔和所述冷却腔沿着所述传输装置的传输方向依次设置；
所述退火腔内部上方设有可上下升降的平板电极，所述平板电极连接外部电源，所述平板电极能够在传动装置的驱动下夹紧电池片叠层与所述托盘，以使电池片叠层与所述平板电极构成回路；
所述传输装置、所述平板电极及所述传动装置均连接控制系统。
2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述退火腔数量至少两个，至少两个所述退火腔的腔体温度相同或不同，以实现相同或不同的工艺温度。
3.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述退火腔内设置有温控加热装置和通气装置，通过所述通气装置使所述温控加热装置产生的热量能在所述退火腔内均匀分布；所述温控加热装置和所述通气装置均连接所述控制系统；
所述温控加热装置为发热电阻丝或红外加热灯管，所述通气装置为通气管或轴流风扇；
所述温控加热装置的加热温度范围为RT-400℃。
4.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述冷却腔内设有散热装置，以实现快速冷却；所述散热装置连接所述控制系统；
所述散热装置为金属冷却平台或是循环冷却气体喷淋装置；
所述金属冷却平台内设有冷却管道，所述冷却管道内设有循环流动的冷却介质，用以持续散热；所述冷却介质为空气、水或油；
所述循环冷却气体喷淋装置的喷淋气体为压缩空气、氮气、氩气或氦气。
5.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，
所述电源输出的是恒定直流电压，该电压的调节范围为0-1000V；或
所述电源输出的是恒定直流电流，该电流的调节范围是0-20A。
6.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述平板电极的内部设有用于温度反馈的测温单元，所述测温单元为K、S、E或B型热电偶；
所述测温单元与所述控制系统连接。
7.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述平板电极包括至少两个电极，所述电极间串联连接，每个所述电极对应一叠电池片叠层，每个所述电极包括至少两个可伸缩的导电探针或铺设有耐高温的导电橡胶。
8.根据权利要求7所述的退火装置，其特征在于，所述托盘设置有至少两个用于放置电池片叠层的放置部，多个所述放置部之间串联连接，以使位于所述放置部的多个电池片叠层之间实现串联连接；一个所述电极对应一个所述放置部。
9.根据权利要求7所述的退火装置，其特征在于，每个所述电极设有两种长度的导电探针，较短的所述导电探针对应于电池片叠层并形成串联连接，较长的所述导电探针对应于所述托盘并形成串联连接。
10.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述传动装置包括用于承载并水平传输所述托盘的多排滚轴，以及驱动所述滚轴转动的驱动机构，所述驱动机构连接所述控制系统。
11.根据权利要求1-10任一项所述的退火装置，其特征在于，每个所述工艺腔均设有用于检测所述托盘位置的限位装置。
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