專利名稱：一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽能電池背電極設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其是一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽能電池是目前太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的主流產(chǎn)品，其中絲網(wǎng)印刷然后燒結(jié)是其制備背電極的典型工藝。這道工藝對絲印設(shè)備要求較高，目前為止，國內(nèi)太陽能電池生產(chǎn)廠家所選用的設(shè)備絕大多數(shù)都為國外設(shè)備。即使這樣，這道工序仍然是破片率最高的一道工序，對于太陽能電池的成品率極為關(guān)鍵。絲印中使用的鋁漿或者銀鋁漿料隨著晶體硅生產(chǎn)的擴(kuò)大也變得非常緊俏，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。同時，絲印時電極的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于做為背電極所需的厚度，對于材料來說也是
一種浪費(fèi)。為了解決上述問題，以實(shí)現(xiàn)高效快速生產(chǎn)的同時又能節(jié)約材料，降低成本，發(fā)展出一種免接觸式制備晶體硅電池背電極，采用真空鍍膜及激光燒結(jié)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)晶體硅電池背電極的制備，從而簡化了工藝流程，節(jié)省了電極材料，同時也降低了破片率，本發(fā)明針對這種新的工藝方法，設(shè)計(jì)出一種連續(xù)式設(shè)備，將鍍膜及激光燒結(jié)工序采用同一條生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模，自動化生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對新技術(shù)真空鍍膜加激光燒結(jié)制備晶體硅背電極，提供一種工藝簡單、質(zhì)量可靠、可操作性強(qiáng)的連續(xù)式生產(chǎn)線，便其工藝在實(shí)際生產(chǎn)過程中得以體現(xiàn),并體現(xiàn)其自動化特點(diǎn)。技術(shù)方案本方案包括連續(xù)式真空室、氣路控制系統(tǒng)，電控系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、激光系統(tǒng)等，其中鍍膜系統(tǒng)采用濺射鍍膜方式，用以在晶體硅表面均均布置電極材料；激光系統(tǒng)位于真室室上方，可對真空室內(nèi)的晶體硅表面的電極材料加熱使其燒結(jié)成型；傳動系統(tǒng)可分段獨(dú)立無級調(diào)速的，適應(yīng)各段工藝不同的傳送速度。連續(xù)真空室與氣路控制系統(tǒng)通過導(dǎo)氣管、閥等，與電控系統(tǒng)通過各種電氣元件，與真空抽氣系統(tǒng)通過真空元器件分別連接。其中氣路控制系統(tǒng)為連續(xù)真空室中的鍍膜真空室提供工藝氣體；工藝氣體通過閥門、質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)鍍膜真空室。電控系統(tǒng)分別與連續(xù)真空室、氣路控制系統(tǒng)、真空機(jī)組進(jìn)行連接并實(shí)施控制，電控系統(tǒng)對連續(xù)真空室的控制主要是進(jìn)出樣片、激光器功率、工藝氣體壓力、樣片加熱溫度、激光器照射樣片時間等；電控系統(tǒng)對氣路控制系統(tǒng)的控制主要是導(dǎo)氣閥門的開閉時間、氣體流量計(jì)的測量等；電控系統(tǒng)對真空機(jī)組的控制主要是機(jī)械泵啟動、停止，真空閥門的開閉及互鎖、抽氣時間等。其中真空機(jī)組與連續(xù)真空室相連接，主要對連續(xù)真空室抽真空，為濺射及激光燒結(jié)工序提供本底真空度，保證摻雜質(zhì)量；真空機(jī)組中前級泵排氣口與廢氣管路相連接，廢氣經(jīng)管道排出后經(jīng)過處理至符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣。連續(xù)真空室依次由進(jìn)片室、緩沖室、鍍膜室、緩沖室、激光燒結(jié)室、緩沖室、卸片室組成，其中各緩沖室可設(shè)為若干或者取消，鍍膜室及激光燒結(jié)室可設(shè)成若干，。真空室材質(zhì)為可耐酸堿的不銹鋼，通常采用316L不銹鋼，腔室整體外形為長方形，內(nèi)部為多腔室結(jié)構(gòu)。進(jìn)出片室裝有帶翻轉(zhuǎn)活動閥門并可手動開關(guān)的真空門，以方便取放樣片，其余各室以真空閥門相聯(lián)接，可采用真空翻板閥或者真空插板閥，可在樣片在各室間傳送時快速開閉。鍍膜真空室內(nèi)部頂端設(shè)有方形平面靶，采用用臥式濺射鍍膜，其鍍膜厚度控制在控制在O. 5-1. O μ之間。激光燒結(jié)真空室頂部裝有真空密封的玻璃窗，其尺寸面積大于樣片面積，玻璃窗上方裝有激光系統(tǒng)，可發(fā)出若干道橫向線激光或者面激光，激光的橫向長度大于待處理樣片的長度，保證樣片全部的面積可以得到激光照射。采用激光器可為連續(xù)式固體激光器或者準(zhǔn)分子激光器，優(yōu)選為連續(xù)式固體激光器。
緩沖室、鍍膜室、激光燒結(jié)室之中設(shè)有加熱系統(tǒng)，可對基片加熱。其加熱系統(tǒng)可以在緩沖室、鍍膜室、激光燒結(jié)室內(nèi)設(shè)置成不同溫度，以模擬普通燒結(jié)設(shè)備的加熱曲線。其加熱系統(tǒng)溫控調(diào)節(jié)范圍在0-500°C之間。各腔室正面裝有金屬觀察窗，后面由真空管道及真空閥門跟真空抽氣系統(tǒng)相連接。各腔室內(nèi)部裝有可獨(dú)立無級調(diào)速的傳動系統(tǒng)及載片小車，傳動系統(tǒng)為輥傳動或者齒輪傳動。其中載片小車由鋁板及帶有彈性的可耐高溫不容易揮發(fā)的彈性壓片組成，彈性片經(jīng)定位銷固定在鋁板上適當(dāng)位置。傳動系統(tǒng)與載片小車間為磨擦式傳輸，保證傳送速度平穩(wěn)均勻真空機(jī)組由機(jī)械機(jī)組、高真空泵及真空管道組成。其中高真空泵可以采用低溫泵、分子泵等，高真空泵與真空室之間以高真空閥門相連接。機(jī)械機(jī)組跟高真空泵通過前置閥相聯(lián)接，跟真空室通過粗抽閥門相連接。真空管道采用不銹鋼真空管和真空波紋管連接。氣路控制系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)對工藝氣體的流量控制。主要部件包括質(zhì)量流量計(jì)、單向閥、氣動截止閥、導(dǎo)氣管路、減壓閥、氣瓶。工藝氣體由氣瓶中流出，經(jīng)過減壓閥、質(zhì)量流量計(jì)、單向閥、氣動截止閥進(jìn)入鍍膜真空室并均勻布?xì)猓粴饴房刂葡到y(tǒng)各個部件間通過不銹鋼管進(jìn)行連接，氣路控制系統(tǒng)控制信號由電控系統(tǒng)(PLC)提供。電控系統(tǒng)主要由PLC控制器組成，PLC控制器本身帶有基本操作程序，設(shè)有可變參數(shù)，可變參數(shù)由操作人員通過屏幕進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定的參數(shù)通過PLC對被控制部件進(jìn)行控制。同時，PLC也可以跟個人電腦相連接，對工藝過程中的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)行實(shí)時跟蹤和記憶儲存，將電腦連接上網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對工藝的遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控。有益成果本發(fā)明是針對現(xiàn)有晶體硅太陽能電池生產(chǎn)過程中，采用濺射鍍鋁膜后激光燒結(jié)背電場的新工藝而設(shè)計(jì)的激光制備晶體硅超淺結(jié)設(shè)備。這種設(shè)備可以快速，大量地實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量，高穩(wěn)定性及低破片率的生產(chǎn)，由于是連續(xù)式設(shè)備，可以自動化控制，很容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。同時，由于鍍膜及燒結(jié)工藝相對于絲印及高溫?zé)Y(jié)設(shè)備，其要求較容易實(shí)現(xiàn)，國內(nèi)可以自行生產(chǎn)，避開了國內(nèi)晶體硅太陽能電池生產(chǎn)絲印設(shè)備必須依賴進(jìn)口的局面。由于在多個真空室內(nèi)設(shè)置了預(yù)熱系統(tǒng)，可以使基片的加熱曲線盡量與現(xiàn)有的燒結(jié)溫度曲線相類似，在實(shí)現(xiàn)其它工藝過程的同時，也實(shí)現(xiàn)了部分燒結(jié)的過程，不但使工藝變得流暢，也加快了其進(jìn)度。
同時，由于濺射鍍膜可以精確控制鍍膜厚度，將其厚度控制在O. 5-1. O μ之間，即可滿足工藝要求，也節(jié)約了電極材料，同時節(jié)省了鍍膜室的長度，節(jié)約了成本?？傊?，此設(shè)備使背電極的制造難度大大降低，實(shí)現(xiàn)了免接觸，自動化，同時，由于設(shè)備的設(shè)計(jì)合理流暢，其設(shè)備的制造成本和技術(shù)難度都相對較低。


附圖I為系統(tǒng)模塊圖附圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖附圖3為傳動輥示意結(jié)構(gòu)正視圖附圖4為傳動輥示意結(jié)構(gòu)俯視圖 附圖5為硅片載片托板正視圖附圖6為娃片載片托板俯視圖
具體實(shí)施例如圖I所示，本發(fā)明主要由連續(xù)式真空室系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)組成。其中電控系統(tǒng)對連續(xù)式真空室系統(tǒng)，氣路控制系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)實(shí)行控制。連續(xù)式真空室與真空抽氣系統(tǒng)的連接方式如圖2所示，其中真空室I為進(jìn)片室、真空室2為緩沖室、真空室3為濺射鍍膜室、真空室4為緩沖室、真空室5為激光燒結(jié)室、真空室6為緩沖室、真空室7為出片室，高真空泵801、機(jī)械機(jī)組803由真空閥門802聯(lián)接。真空鍍膜室3上方設(shè)有平面靶301，置于激光燒結(jié)真空室5上方的激光發(fā)射系統(tǒng)502由支架503固定于玻璃窗501正上方。觀察窗10位于真空室側(cè)面，每個真空室皆有一個。進(jìn)出片室外端由高真空閥門11密封，并可手動開關(guān)。其它兩真空室間由高真空閥門9相連接。如圖3、4所示傳動輥系統(tǒng)位于真空室下方，包括輥棒12及動密封套I，各真空室可以分別實(shí)現(xiàn)不同的傳動速度。圖5、圖6為載片架，由鋁板17、塑料王壓片16、開口銷15及定位銷14組成。以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明；設(shè)在156X156的晶體硅太陽能電池基片上進(jìn)行制備背電極工藝，載片小車載片量為10片，生產(chǎn)節(jié)拍10分鐘一爐。根據(jù)載片小車尺寸計(jì)算出各真空室尺寸，由真空室大小及生產(chǎn)節(jié)拍和工藝需要達(dá)到的真空度確定真空抽氣系統(tǒng)的配置。其生產(chǎn)過程如下，關(guān)閉真空室門，對進(jìn)片室、各緩沖室、濺射鍍膜室、激光燒結(jié)室、出片室進(jìn)行抽真空，同時，開啟各真空室內(nèi)預(yù)熱系統(tǒng)，將預(yù)熱溫度依次設(shè)為200°C、200°C、250°C、450°C、200°C。當(dāng)真空度達(dá)到本底真空度時，向鍍膜真空室內(nèi)通入工藝氣體，當(dāng)預(yù)熱溫度，加熱時間及鍍膜真空室內(nèi)壓強(qiáng)符合工藝條件時，打開進(jìn)片室端部的閥門，將載片架放入真空室內(nèi)傳動系統(tǒng)輥上，當(dāng)傳動輥運(yùn)行到進(jìn)片室另一端時，其真空度要達(dá)到本底真空度，然后打開進(jìn)片室與緩沖室之間的真空閥門，將載片小車傳送到緩沖室，然后關(guān)閉進(jìn)片室與緩沖室之間的真空閥門，此時可開啟進(jìn)片室端真空閥門，進(jìn)第二批載片小車。載片小車經(jīng)由緩沖室通過緩沖室與鍍膜室之間的閥門到達(dá)鍍膜室，開啟平面靶對基片進(jìn)行鍍膜，當(dāng)鍍膜完成時，基片恰好到達(dá)鍍膜室另一端，然后閥門開啟，使其進(jìn)入與鍍膜室這一端相鄰的緩沖室，并經(jīng)由緩沖室到達(dá)激光燒結(jié)室，開啟激光系統(tǒng)照射基片，保證其每一部位達(dá)到的溫度及保持時間符合工藝要求，并在完成工藝時小車到達(dá)激光燒結(jié)室的另一端，然后載片小車通過閥門，依次經(jīng)過緩沖室、出片室完成工藝過程。本設(shè)計(jì)方案可以完全滿足這種新技術(shù)的各種工藝條件，將鍍電極材料及激光燒結(jié)用一條連續(xù)生產(chǎn)線完美地結(jié)合起來，簡化了操作過程，縮短了工藝時間。由于真空鍍膜所用的材料非常干凈，而激光燒結(jié)也在潔凈的真空條件下進(jìn)行，不會對硅片內(nèi)部引入雜質(zhì)，有利于保證工藝質(zhì)量。同時，由于這種新工藝本身的免接觸式特點(diǎn)，可以極大地避免破片和隱裂，保證了成品率。載片小車充分考慮了硅片的脆性及不同生產(chǎn)線條件下產(chǎn)量的不同，設(shè)計(jì)簡單而且可以根據(jù)產(chǎn)量不同調(diào)節(jié)每車的載片量。各個真空室的傳動系統(tǒng)可以獨(dú)立無級調(diào)速，可以充分保證在不同的工藝階段，對傳動系統(tǒng)的不同要求，如工藝條件需求發(fā)生變化，傳動系統(tǒng)也可以有彈性地滿足其要求，增加其設(shè)備的兼容性。如在本實(shí)施例中，采用線性激光器，摻雜室在摻雜過程中則需要考慮傳動速度的設(shè)置及激光功率和摻雜深度的要求。獨(dú)立調(diào)速，可以在不影響其它工藝環(huán)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)，使這種改變變得容易。本發(fā)明提供了一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，是一種對應(yīng)于新技術(shù)的新設(shè)備方案，依據(jù)本設(shè)計(jì)方案的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方 法和途徑還有很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)方案原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本專利的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，包括連續(xù)式真空室、氣路控制系統(tǒng)，電控系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、激光系統(tǒng)等，其特征在于 鍍膜系統(tǒng)采用濺射鍍膜方式，用以在晶體硅表面均均布置電極材料； 激光系統(tǒng)位于激光燒結(jié)真空室正上方，可對真空室內(nèi)的晶體娃表面的電極材料加熱使其燒結(jié)成型； 分段可獨(dú)立無級調(diào)速的傳動系統(tǒng)，適應(yīng)各段工藝不同的傳送速度。
2.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)出片室、鍍膜真空室和激光燒結(jié)真空室之間設(shè)置有緩沖室。
3.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于緩沖室、鍍膜室、激光燒結(jié)室之中設(shè)有加熱系統(tǒng)，可對基片加熱。
4.如權(quán)利要求I及權(quán)利要求3所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于其加熱系統(tǒng)可以在緩沖室、鍍膜室、激光燒結(jié)室內(nèi)設(shè)置成不同溫度，以模擬普通燒結(jié)設(shè)備的加熱曲線。
5.如權(quán)利要求I及權(quán)利要求3所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于加熱系統(tǒng)范圍在0-50(TC可調(diào)。
6.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于鍍膜系統(tǒng)采用臥式濺射鍍膜系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于燒結(jié)采用固體連續(xù)式激光器。
8.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于采用專門設(shè)計(jì)的平板小車，以平穩(wěn)傳遞晶體硅片。
9.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于傳動系統(tǒng)與載片小車間為磨擦式傳輸，保證傳送速度平穩(wěn)均勻。
10.如權(quán)利要求I所述的一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備，其特征在于基片鍍鋁膜厚度控制在O. 5-1. O μ之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光燒結(jié)制晶體硅太陽能電池背電極的設(shè)備。設(shè)備包括連續(xù)式真空室、氣路控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)。其中真空腔室1為進(jìn)片室，真空腔室2為緩沖室，真空腔室3為濺射鍍鋁膜室，真空腔室4為緩沖室，真空腔室5為激光燒結(jié)室，真空腔室6為緩沖室，真空腔室7為出片室，進(jìn)出片室裝有可手動開關(guān)的真空門，同時可翻轉(zhuǎn)進(jìn)出片，緩沖室、鍍膜室及激光燒結(jié)室設(shè)有對基片加熱的預(yù)熱系統(tǒng)。真空室之間以高真空閥門相聯(lián)接，并具有可獨(dú)立無級調(diào)速的傳動系統(tǒng)。真空機(jī)組由機(jī)械泵組、廢氣處理裝置、閥門及管道系統(tǒng)等組成。電控系統(tǒng)的PLC控制器控制氣體的壓強(qiáng)、加熱溫度、傳動系統(tǒng)。
文檔編號H01L31/18GK102881763SQ201110208650
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者劉瑩 申請人:劉瑩