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解忧电池片钝化层划痕困扰

2018-11-27 13:39:12 作者:admin 来源:工业设计 网友评论 0

         摘要:电池片背面钝化层沉积工序,面临着划痕对AL2O3钝化层损伤的困扰,对电池片转换效率的提高产生了不良影响。分析产生划痕的主要因素,通过试验加以工艺验证,最后提出解决划痕的有效办法。

         摘要:电池片背面钝化层沉积工序,面临着划痕对AL2O3钝化层损伤的困扰,对电池片转换效率的提高产生了不良影响。分析产生划痕的主要因素,通过试验加以工艺验证,最后提出解决划痕的有效办法。

引言

电池片背面钝化层沉积,是单晶PERC生产线的一道工序,即钝化发射极背面接触,利用Al2O3在电池背面形成钝化层,与SINXHY薄膜的氢钝化效应,将硅片的有效载流子寿命由10-20微秒提高到100-200微秒,可以极大地提升电池片的内量子效率,实现单晶电池片转换效率的提高。在电池片生产过程中,存在某些因素极易对Al2O3钝化层造成划痕,如图1所示,导致电池片质量难以保证,因此划痕的解决变得迫在眉睫。

造成Al2O3钝化层划痕的因素主要有两大方面。第一,背面钝化层沉积自身工序产生的划痕:吸盘将钝化层沉积工艺完成的硅片吸取后放置传输皮带上,吸盘吸取的过程中会造成划痕;硅片经传输机构传送至花篮中时,会因为跟花篮托齿摩擦造成划痕;硅片在传输过程中,会因为卡片、碎片等造成划痕。第二,后道工序自动化设备对Al2O3钝化层造成的划痕。本文将从第二方面分析造成Al2O3钝化层划痕的几大因素,并通过试验找出解决划痕的具体办法。背面钝化层沉积工序之后,是等离子化学气相沉积(PECVD)工序,在PECVD工序使用的自动化设备是全自动石墨舟上下料机,由我们自主研发设计的该种设备,已经在电池片生产线上实现稳定生产。由机器人带动真空吸盘一次抓取多张硅片,将PECVD工艺完成后的镀膜片放入下料中转花篮,再传输进100片空花篮中,以备后道丝网印刷工序使用;再将刻蚀工序后的硅片传入上料中转花篮,由机器人抓取后放入石墨舟内,进行PECVD工艺。如图2所示。在该设备运行过程中,产生Al2O3钝化层划痕的因素主要有以下几个方面。(1)硅片在传输过程中,Al2O3钝化层因接触皮带,由于摩擦、产生相对运动造成划痕;(2)机器人的真空吸盘一致性差,向石墨舟内插片的过程中,导致硅片太贴紧舟叶片做旋转造成划痕;(3)机器人向石墨舟内插片的过程中,硅片旋转最后落入卡点的轨迹设计不好,造成划痕。这些问题一直困扰着电池片制造商以及自动化设备生产商,为了解决这种尴尬的局面,我们通过反复试验,跟踪测试,最后找出了具体的解决办法。

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1具体实施办法

1.1硅片传输过程中产生的划痕

背面钝化层沉积工序后的100片满花篮,放入全自动石墨舟上下料的花篮传输机构,硅片传输过程中,Al2O3钝化层是接触皮带传输的。只要有接触,就难以避免产生划痕。因此,我们决定从根本上解决接触问题。我们将花篮旋转180°放入传输机构,使硅片传输过程中,Al2O3钝化层始终朝上,不接触皮带。因该工序的花篮上下一致,所以对机械结构不会造成任何影响(如图3所示),唯一影响的是硅片在上料中转花篮装齐后,机器人的抓取方向。机器人要吸取电池片正面,即Al2O3钝化层的反面。原来AL2O3钝化层朝下接触皮带时,机器人是由上向下吸取硅片,现在更改花篮方向后,需要相应修改机器人运动轨迹。机器人第6轴要旋转180°,因此,机器人六个轴联动的轨迹及过度点都需要根据实际重新设计。

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1.2真空吸盘一致性差产生的划痕

真空吸盘组件由22片独立吸盘组装而成,每片吸盘上有3个弹簧吸嘴,真空打开后,弹簧吸嘴在吸取硅片的过程中,产生微量弹性浮动,3个弹簧吸嘴贴紧硅片,进行吸附,保证22片吸盘及弹簧吸嘴的一致性是非常必要的。如果某一片吸盘倾斜角度大,或者弹簧吸嘴回弹性差,就会导致吸盘太过压紧硅片,硅片在旋转的过程中就一定会产生划痕。我们要求电池片制造商,使用的过程中每半月对吸盘用卡尺微调一次,及时更换弹性差的弹簧吸嘴,以保证吸盘精度。

1.3机器人运动轨迹产生的划痕

石墨舟叶片上的三个卡点非常小,Y方向只有1.2mm余量,除去硅片的厚度0.2mm,只剩下1mm。机器人插入硅片的过程中,如果硅片太贴紧舟叶片旋转,虽然硅片落入卡点的效果很好,但是一定会产生划痕;如果硅片远离舟叶片旋转,会使硅片卡的太松,存在脱落的风险。而且硅片经过PECVD炉子高温加热,会产生瞬间形变,导致硅片一边翘起,如果本身硅片卡的太松,会在冷却前就容易脱落。因此,把握这个度,是非常难的。具体修改步骤如表1所示。

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2工艺验证

用户现场使用EL缺陷检测仪进行全检,对电池片加载电压后,使之发光,再利用红外成像仪摄取其发光影像。因电致发光亮度正比小于少子扩散长度,划痕处因具有较少的少子扩散长度,会发出较弱的光,从而形成较暗的影像。根据缺陷图像的分析,更改了AL2O3钝化层的传输方向,调整了机械精度、机器人运动轨迹修改为脱离舟叶片0.2mm做旋转,旋转时速度及加减速降低50%时,划痕的消除最为明显,划痕比率由1.7‰降至0.1‰,满足客户的要求,前后对比如图4所示。

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3结语

通过对Al2O3钝化层划痕的处理,解决了困扰电池片制造商和自动化设备厂商的大问题,有效地提升了我们设备的竞争力,也为后续合作的开展提供了坚实的基础。在光伏产业化规模发展的现阶段,更高的效率和更低的成本是光伏行业发展的关键。随着电池片制造商纷纷上马单晶PERC产线,诸多厂家产量、效率得到同步提升,也为我们开辟出一条更为广阔的发展市场。


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