CN208577803U - 一种双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，包括机架，机架上设有两条并排的输料轨道，每条输料轨道沿着其输送方向依次设有预热腔体、反向电流注入腔体和冷却腔体，各腔体可依次相通，预热腔体和反向电流注入腔体之间设有可上下伸缩的隔热板，输料轨道上设有装载电池片的载片篮，载片篮在输料轨道的驱动下依次经过各腔体，预热腔体设有加热装置和反向电流注入装置，反向电流注入腔体设有反向电流注入装置和散热装置，冷却腔体设有冷却装置。本实用新型采用两条生产工艺轨道(输料轨道)，显著提高了产能，适合产业化应用。

Description

一种双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池抗光衰技术，尤其涉及一种双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备。

背景技术

光致衰减(Light Induced Degradation,LID)简称光衰，是指太阳能电池(晶体硅电池)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)太阳能电池光致衰减的主要原因，是由双氧原子在多余载流子的作用下向替位硼原子快速扩散结合成硼氧复合体而引起的。这种硼氧复合体是一种亚稳态缺陷，形成了复合中心，能有效俘获并复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，从而显著降低少数载流子寿命及缩短少数载流子扩散长度，最终造成太阳能电池光电转换效率的衰减。其中，硅片中的硼、氧含量越大，在光照或载流子注入条件下产生的硼氧复合体越多，少子寿命降低的幅度就越大。

高效率晶硅电池技术发展迅速，其中PERC技术是晶硅太阳能电池近年来最具性价比的效率提升手段，PERC技术与常规电池生产线兼容性高，生产线改造投资低，效率提升效果明显。PERC技术的成功工业化应用，大大增强了P型晶硅的竞争力，推迟了N型晶硅的市场化进程。但PERC结构电池LID相比普通晶硅太阳能电池偏高，机理暂不明确，可能与电池的介质钝化膜有关，也可能与PERC电池更高的开路电压有关。尽管目前先进的电池制造工艺对消除这种现象有很大帮助，但是其导致的效率衰减始终保持在2～3％左右，公开信息显示，通过晶硅制造和电池片制造两道环节采取措施，目前一线晶硅太阳能电池厂商也仅能将单晶PERC的LID降至2％以内。高效P型PERC电池光致衰减较高的问题，影响了PERC技术的竞争力。

目前，在学术界已经报道了很多抑制甚至消除光致衰减的方法，例如稼或磷代替硼掺杂，低氧或无氧衬底硅等，但这些方法在产业应用中或是技术难度太大，或是投入成本太高，都难以在企业中实现量产创造显著的经济效益。其次，工艺处理需要将几百片电池片层叠放置，不能进行单片工艺处理，因此产能小，更加难以实现产业应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种产能高、适合产业化应用的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，包括机架，所述机架上设有两条并排的输料轨道，每条输料轨道沿着其输送方向依次设有预热腔体、反向电流注入腔体和冷却腔体，各腔体可依次相通，所述预热腔体和反向电流注入腔体之间设有可上下伸缩的隔热板，所述输料轨道上设有装载电池片的载片篮，所述载片篮在输料轨道的驱动下依次经过各腔体，所述预热腔体设有加热装置和反向电流注入装置，所述反向电流注入腔体设有反向电流注入装置和散热装置，所述冷却腔体设有冷却装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述反向电流注入腔体和冷却腔体均设置有多个。

所述预热腔体和反向电流注入腔体均设有热排支管，两条输料轨道上的各热排支管与一排热总管连接。

所述散热装置为设于反向电流注入腔体上的压缩空气冷却管道。

所述反向电流注入装置包括上电极板、上电极板升降驱动组件、下电极板及下电极板升降驱动组件，所述上电极板和下电极板分设于载片篮上下两侧，且上电极板和下电极板上分别嵌设铸铝加热板，所述预热腔体或反向电流注入腔体外设有两个绝缘接线座，所述上电极板和下电极板的电流接入导线均直接穿过所述预热腔体或反向电流注入腔体外分别与对应的绝缘接线座连接。

所述上电极板升降驱动组件包括上双杆气缸、第一绝缘连接板、第二绝缘连接板、上压紧板和两个上导向连接杆，所述两个上导向连接杆穿设于对应腔体的顶壁上，所述上双杆气缸的驱动端通过第一绝缘连接板与两个上导向连接杆的上端连接，所述上压紧板通过第二绝缘连接板与两个上导向连接杆的下端连接，所述上电极板与上压紧板连接，所述上导向连接杆与对应腔体的顶壁之间设有绝缘套筒。

所述下电极板升降驱动组件包括下双杆气缸、第三绝缘连接板、下压紧板和两个下导向连接杆，所述下压紧板与两个下导向连接杆的上端连接，两个下导向连接杆的下端通过第三绝缘连接板与下双杆气缸的驱动端连接，所述下电极板与下压紧板连接，所述载片篮的底板设有避让孔，所述下电极板和下压紧板可穿过避让孔伸入载片篮内。

所述输料轨道由多组辊轴单元构成，所述预热腔体、反向电流注入腔体和冷却腔体上均设有一组所述辊轴单元，所述辊轴单元包括多组辊轴组件，所述辊轴组件包括辊轴、辊轴支撑座、锁紧螺母，所述辊轴支撑座安装于各腔体上，所述辊轴装于辊轴支撑座上并通过锁紧螺母锁紧，所述辊轴上设有一内凹台阶，所述内凹台阶内设用防止锁紧螺母松动的止动轴用挡圈，所述载片篮设于辊轴上且二者之间设有绝缘隔离块。

每组辊轴单元对应一驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机、主动轮、次主动轮、主同步带、次同步带、张紧轮和多个从动轮，所述从动轮的数量与辊轴单元的辊轴数量相等，且从动轮对应装于辊轴的外侧，所述驱动电机和次主动轮设于机架上，所述张紧轮设于对应的腔体上，所述主动轮设于驱动电机的驱动端，所述主同步带绕设于主动轮和次主动轮上，所述次同步带绕设于次主动轮、张紧轮和多个从动轮上。

所述冷却装置包括设于冷却腔体上端面、下端面及两个侧面上的冷却风机；所述加热装置为8根电加热管，所述8根电加热管均分设于预热腔体的两侧。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，机架上设置两条工艺相同的生产轨道即输料轨道，除了共用总电源，加热装置、反向电流注入装置、散热装置、冷却装置和控制系统均相互独立，与现有技术相比，显著提高了产能，适合产业化应用。

(2)本实用新型的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，特将整个工艺过程分为9步(一个预热腔体+四个反向电流注入腔体+四个冷却腔体)，从而实现流水线式工艺处理，显著提高了产能，该双轨道退火炉产能将达到每小时4000～4500片；各种抗光衰方式都要简单实用，产能大，工艺效果稳定，尤其适合产业化应用，具有很大的经济效益；经过5次恒定电流处理后，电池片内部的硼氧复合体实现了第三态的转变，硼氧复合体第三态的性质非常稳定，活性很弱从而减少了硼氧复合体俘获和复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，从而抑制了晶体硅电池的光致衰减效应，稳定了高效晶体硅电池的光电转化效率，对于多晶硅电池片还有一定增效提升电性能的作用。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图。

图2是图1的A处放大图。

图3是本实用新型的俯视结构示意图。

图4是本实用新型中反向电流注入腔体的立体结构示意图(一)。

图5是本实用新型中反向电流注入腔体的立体结构示意图(二)。

图6是本实用新型中反向电流注入腔体的立体结构示意图(三)。

图7是本实用新型中反向电流注入腔体的右视图。

图8是本实用新型中反向电流注入腔体的左视图。

图中各标号表示：

1、机架；2、预热腔体；3、反向电流注入腔体；4、冷却腔体；5、隔热板；6、电池片；7、载片篮；8、入料口；9、出料口；200、输料轨道；210、辊轴组件；211、辊轴；212、辊轴支撑座；213、锁紧螺母；214、内凹台阶；215、止动轴用挡圈；216、绝缘隔离块；400、反向电流注入装置；410、上电极板；420、上电极板升降驱动组件；421、上双杆气缸；422、第一绝缘连接板；423、第二绝缘连接板；424、上压紧板；425、上导向连接杆；426、绝缘套筒；430、下电极板；440、下电极板升降驱动组件；441、下双杆气缸；442、第三绝缘连接板；443、下压紧板；444、下导向连接杆；450、铸铝加热板；460、绝缘接线座；470、电流接入导线；500、散热装置；501、压缩空气冷却管道；600、冷却装置；701、射光电定位传感器；702、红外测温仪；703、电流注入的直流稳压电源；800、排热总管；801、热排支管；900、驱动单元；901、驱动电机；902、主动轮；903、次主动轮；904、主同步带；905、次同步带；906、张紧轮；907、从动轮。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图8所示，本实施例的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，包括机架1，机架1上设有两条并排的输料轨道200，每条输料轨道200沿着其输送方向依次设有预热腔体2、反向电流注入腔体3和冷却腔体4，各腔体可依次相通，预热腔体2和反向电流注入腔体3之间设有可上下伸缩的隔热板5，输料轨道200上设有装载电池片6的载片篮7，载片篮7在输料轨道200的驱动下依次经过各腔体，预热腔体2设有加热装置(图中未示出)和反向电流注入装置400，反向电流注入腔体3设有反向电流注入装置400和散热装置500，冷却腔体4设有冷却装置600。

本实施例中，机架1上设置两条工艺相同的生产轨道即输料轨道200，除了共用总电源，加热装置、反向电流注入装置400、散热装置500、冷却装置600和控制系统(图中未示出)均相互独立，与现有技术相比，显著提高了产能，适合产业化应用。

具体应用实例中，反向电流注入腔体3和冷却腔体4均设置有多个，本实施例中，反向电流注入腔体3和冷却腔体4个设置四个，即一次预热处理、5次电流注入处理和4次冷却处理。预热腔体2内设有加热装置，加热装置为8根电加热管，8根电加热管均分设于预热腔体2的两侧，电加热管为不锈钢加热管，其相关参数为380V、500W、φ24×160mm。预热腔体2和反向电流注入腔体3均设有热排支管801，两条输料轨道200上的各热排支管801与一排热总管800连接。散热装置500为设于反向电流注入腔体3上的压缩空气冷却管道501，压缩空气冷却管道501向每个反向电流注入腔体3通入气体进行散热。冷却装置600包括设于四个冷却腔体4各上端面、下端面及两个侧面上的冷却风机。

本实施例中，载片篮7内层叠的电池片6通过各隔热板5的开合可先后进入预热腔体2、反向电流注入腔体3及冷却腔体4完成相应的工艺过程，同一时间各腔室可同时运行，实现流水线式工艺处理，相比在同一工位先后完成各工艺过程，产能显著提高，适合产业化应用，经济效益明显。现有技术中，在一个腔体(工位)上实现所有的工艺，但一次处理的时间将长达90min以上，这种方式的产能将只有每小时400片。而本实用新型中，特将整个工艺过程分为9步(一个预热腔体+四个反向电流注入腔体+四个冷却腔体)，从而实现流水线式工艺处理，显著提高了产能，该双轨道退火炉产能将达到每小时4000～4500片，简单实用，产能大，工艺效果稳定，尤其适合产业化应用，具有很大的经济效益。

本实施例中，反向电流注入装置400包括上电极板410、上电极板升降驱动组件420、下电极板430及下电极板升降驱动组件440，上电极板410和下电极板430分设于载片篮7上下两侧，且上电极板410和下电极板430上分别嵌设铸铝加热板450，预热腔体2或反向电流注入腔体3外设有两个绝缘接线座460，上电极板410和下电极板430的电流接入导线470均直接穿过预热腔体2或反向电流注入腔体3外分别与对应的绝缘接线座460连接。上电极板410和下电极板430的相关参数为220V、200W。

本实施例中，上电极板升降驱动组件420包括上双杆气缸421、第一绝缘连接板422、第二绝缘连接板423、上压紧板424和两个上导向连接杆425，两个上导向连接杆425穿设于对应腔体的顶壁上，上双杆气缸421的驱动端通过第一绝缘连接板422与两个上导向连接杆425的上端连接，上压紧板424通过第二绝缘连接板423与两个上导向连接杆425的下端连接，上电极板410与上压紧板424连接，上导向连接杆425与对应腔体的顶壁之间设有绝缘套筒426。

下电极板升降驱动组件440包括下双杆气缸441、第三绝缘连接板442、下压紧板443和两个下导向连接杆444，下压紧板443与两个下导向连接杆444的上端连接，两个下导向连接杆444的下端通过第三绝缘连接板442与下双杆气缸441的驱动端连接，下电极板430与下压紧板443连接，载片篮7的底板设有避让孔(图中未示出)，下电极板430和下压紧板443可穿过避让孔伸入载片篮7内。电池片6叠放在载片篮7内，且最下的电池片6与载片篮7底板之间设有电池板支撑板(图中未示出)，当下电极板430上升时，穿过避让孔伸入载片篮7内与电池板支撑板接触，顶起叠放的电池片6，同时上电极板410下降压紧电池片6，开启方向电流注入。

将上电极板410和下电极板430的电流接入导线470直接引出腔体外，不需要借助上导向连接杆425和下导向连接杆444，主要避免腔体外的上导向连接杆425带电，起到了隔离强电作用，能够有效防止带电操作的维护人员不小心触碰上导向连接杆425出现漏电触电危险。

本实施例中，输料轨道200由多组辊轴单元构成，预热腔体2、反向电流注入腔体3和冷却腔体4上均设有一组辊轴单元，辊轴单元包括多组辊轴组件210，辊轴组件210包括辊轴211、辊轴支撑座212、锁紧螺母213，辊轴支撑座212安装于各腔体上，辊轴211装于辊轴支撑座212上并通过锁紧螺母213锁紧，辊轴211上设有一内凹台阶214，内凹台阶214内设用防止锁紧螺母213松动的止动轴用挡圈215，载片篮7设于辊轴211上且二者之间设有绝缘隔离块216。辊轴支撑座212为滚珠丝杠用的标准件，在辊轴211上设计了一个内凹台阶214用于装配止动轴用挡圈215，能确保锁紧螺母213(圆螺母)不会松动脱落，整个悬臂滚轴机构的达到绝对可靠。

本实施例中，每组辊轴单元对应一驱动单元900，驱动单元900包括驱动电机901、主动轮902、次主动轮903、主同步带904、次同步带905、张紧轮906和多个从动轮907，从动轮907的数量与辊轴单元的辊轴211数量相等，且从动轮907对应装于辊轴211的外侧，驱动电机901和次主动轮903设于机架1上，张紧轮906设于对应的腔体上，主动轮902设于驱动电机901的驱动端，主同步带904绕设于主动轮902和次主动轮903上，次同步带905绕设于次主动轮903、张紧轮906和多个从动轮907上。

入预热腔体2、四个反向电流注入腔体3和四个冷却腔体4中，每个腔体都有一套独立的辊轴系统，即一组辊轴单元加驱动单元900。预热腔体2的前端设有入料口8，入料口8设置一套辊轴单元加驱动单元900，用于将电池片6送入预热腔体2内，冷却腔体4的后端设有出料口9，出料口9也设置一套辊轴单元加驱动单元900，用于将冷却腔体4输出的电池片6送入其他对接设备。

本实施例中，退火炉设备还包括传感和电气控制系统，传感和电气控制系统主要包括：对射光电定位传感器701和红外测温仪702、电流注入的直流稳压电源703、电气元器件板(图中未示出)等，用于检测和控制工艺进程，以实现对设备的自动化运行与控制。

工作原理：

本实施例的双轨高产能晶体硅电池片抗光衰增效退火炉设备，电池片6经入料口8进入预热腔体2，预热腔体2内的加热装置对电池片6进行加热，当电池片6温度达到100℃以上之后，上电极板升降驱动组件420驱动上电极板410下降，下电极板升降驱动组件440驱动下电极板430上升，穿过避让孔伸入载片篮7内与电池板支撑板接触，顶起叠放的电池片6，同时上电极板410下降压紧电池片6，开启方向电流注入，通上电流后，电池片6会迅速发热，使得温度快速上升到200℃左右。夹紧电池片6的上下电极板能够导电，上电极板410(下电极板430)与上压紧板424(下压紧板443)中间夹紧一块铸铝加热板450，保证电池片6的温度场均匀。在经过第一次恒定电流和预热处理后，为了防止电池片6温度持续上升，在后续几个恒定电流处理的腔体中采用压缩空气冷却管道501通入压缩空气进行通风散热，以实现加热和散热达到一个平衡，从保证电池片6的温度相对恒定。经过5次恒定电流处理后，电池片6内部的硼氧复合体实现了第三态的转变，硼氧复合体第三态的性质非常稳定，活性很弱从而减少了硼氧复合体俘获和复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，从而抑制了晶体硅电池的光致衰减效应，稳定了高效晶体硅电池的光电转化效率，对于多晶硅电池片还有一定增效提升电性能的作用。最后，电池片6依次经过冷却腔体4进行冷却。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)上设有两条并排的输料轨道(200)，每条输料轨道(200)沿着其输送方向依次设有预热腔体(2)、反向电流注入腔体(3)和冷却腔体(4)，各腔体可依次相通，所述预热腔体(2)和反向电流注入腔体(3)之间设有可上下伸缩的隔热板(5)，所述输料轨道(200)上设有装载电池片(6)的载片篮(7)，所述载片篮(7)在输料轨道(200)的驱动下依次经过各腔体，所述预热腔体(2)设有加热装置和反向电流注入装置(400)，所述反向电流注入腔体(3)设有反向电流注入装置(400)和散热装置(500)，所述冷却腔体(4)设有冷却装置(600)。

2.根据权利要求1所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述反向电流注入腔体(3)和冷却腔体(4)均设置有多个。

3.根据权利要求1所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述预热腔体(2)和反向电流注入腔体(3)均设有热排支管(801)，两条输料轨道(200)上的各热排支管(801)与一排热总管(800)连接。

4.根据权利要求1所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述散热装置(500)为设于反向电流注入腔体(3)上的压缩空气冷却管道(501)。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述反向电流注入装置(400)包括上电极板(410)、上电极板升降驱动组件(420)、下电极板(430)及下电极板升降驱动组件(440)，所述上电极板(410)和下电极板(430)分设于载片篮(7)上下两侧，且上电极板(410)和下电极板(430)上分别嵌设铸铝加热板(450)，所述预热腔体(2)或反向电流注入腔体(3)外设有两个绝缘接线座(460)，所述上电极板(410)和下电极板(430)的电流接入导线(470)均直接穿过所述预热腔体(2)或反向电流注入腔体(3)外分别与对应的绝缘接线座(460)连接。

6.根据权利要求5所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述上电极板升降驱动组件(420)包括上双杆气缸(421)、第一绝缘连接板(422)、第二绝缘连接板(423)、上压紧板(424)和两个上导向连接杆(425)，所述两个上导向连接杆(425)穿设于对应腔体的顶壁上，所述上双杆气缸(421)的驱动端通过第一绝缘连接板(422)与两个上导向连接杆(425)的上端连接，所述上压紧板(424)通过第二绝缘连接板(423)与两个上导向连接杆(425)的下端连接，所述上电极板(410)与上压紧板(424)连接，所述上导向连接杆(425)与对应腔体的顶壁之间设有绝缘套筒(426)。

7.根据权利要求6所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述下电极板升降驱动组件(440)包括下双杆气缸(441)、第三绝缘连接板(442)、下压紧板(443)和两个下导向连接杆(444)，所述下压紧板(443)与两个下导向连接杆(444)的上端连接，两个下导向连接杆(444)的下端通过第三绝缘连接板(442)与下双杆气缸(441)的驱动端连接，所述下电极板(430)与下压紧板(443)连接，所述载片篮(7)的底板设有避让孔，所述下电极板(430)和下压紧板(443)可穿过避让孔伸入载片篮(7)内。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述输料轨道(200)由多组辊轴单元构成，所述预热腔体(2)、反向电流注入腔体(3)和冷却腔体(4)上均设有一组所述辊轴单元，所述辊轴单元包括多组辊轴组件(210)，所述辊轴组件(210)包括辊轴(211)、辊轴支撑座(212)、锁紧螺母(213)，所述辊轴支撑座(212)安装于各腔体上，所述辊轴(211)装于辊轴支撑座(212)上并通过锁紧螺母(213)锁紧，所述辊轴(211)上设有一内凹台阶(214)，所述内凹台阶(214)内设用防止锁紧螺母(213)松动的止动轴用挡圈(215)，所述载片篮(7)设于辊轴(211)上且二者之间设有绝缘隔离块(216)。

9.根据权利要求8所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：每组辊轴单元对应一驱动单元(900)，所述驱动单元(900)包括驱动电机(901)、主动轮(902)、次主动轮(903)、主同步带(904)、次同步带(905)、张紧轮(906)和多个从动轮(907)，所述从动轮(907)的数量与辊轴单元的辊轴(211)数量相等，且从动轮(907)对应装于辊轴(211)的外侧，所述驱动电机(901)和次主动轮(903)设于机架(1)上，所述张紧轮(906)设于对应的腔体上，所述主动轮(902)设于驱动电机(901)的驱动端，所述主同步带(904)绕设于主动轮(902)和次主动轮(903)上，所述次同步带(905)绕设于次主动轮(903)、张紧轮(906)和多个从动轮(907)上。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的双轨高产能晶硅电池片抗光衰退火炉设备，其特征在于：所述冷却装置(600)包括设于冷却腔体(4)上端面、下端面及两个侧面上的冷却风机；所述加热装置为8根电加热管，所述8根电加热管均分设于预热腔体(2)的两侧。