專利名稱：一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其是一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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(duì)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(duì)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(shí)，絲印時(shí)電極的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于做為背電極所需的厚度，對(duì)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(shí)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(shí)也降低了破片率，其中，針對(duì)于肖特基結(jié)的單面電極太陽能電池這種結(jié)構(gòu)，利用這種新的工藝并且整合摻雜工藝，可設(shè)計(jì)出一種連續(xù)式設(shè)備，將鍍鋁膜工藝、肖特基結(jié)的制備及激光燒結(jié)工藝采用同一條生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模，自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

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(duì)新型太陽能電池結(jié)構(gòu)肖特基結(jié)單面電極太陽能電池，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，便其鍍鋁膜、肖特基結(jié)制備及背電場燒結(jié)工藝形成一條連續(xù)的生產(chǎn)線。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，分摻雜用激光系統(tǒng)和燒結(jié)用激光系統(tǒng)，其中所述摻雜用激光系統(tǒng)可對(duì)真空室內(nèi)的晶體娃表面的電極材料選擇性加熱使其滲入晶體娃片內(nèi)形成棚狀或梳狀PN結(jié)；所述燒結(jié)用激光系統(tǒng)可對(duì)真空室內(nèi)的晶體硅表面的電極材料選擇性加熱使其滲入晶體硅片內(nèi)形成鋁背電極；傳動(dòng)系統(tǒng)可分段獨(dú)立無級(jí)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)通過各種電氣組件，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)真空室中的緩沖室及鍍膜真空室提供工藝氣體；各工藝氣體通過閥門、質(zhì)量流量計(jì)流進(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(duì)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(shí)間等；電控系統(tǒng)對(duì)氣路控制系統(tǒng)的控制主要是導(dǎo)氣閥門的開閉時(shí)間、氣體流量計(jì)的測量等；電控系統(tǒng)對(duì)真空機(jī)組的控制主要是機(jī)械泵啟動(dòng)、停止，真空閥門的開閉及互鎖、抽氣時(shí)間等。其中真空機(jī)組與連續(xù)真空室相連接，主要對(duì)連續(xù)真空室抽真空，為濺射、激光摻雜及激光燒結(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(jí)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、激光摻雜室、激光燒結(jié)室、緩沖室、卸片室組成，其中各位置上的緩沖室可設(shè)為若干或者取消，鍍膜室、激光摻雜室及激光燒結(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(dòng)閥門并可手動(dòng)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(shí)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。激光摻雜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，保證激光可以對(duì)基片進(jìn)行選擇性照射。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。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。做為其中一個(gè)優(yōu)選方案，激光摻雜和激光燒結(jié)真空室可設(shè)計(jì)為一個(gè)真空室。緩沖室、鍍膜室、激光摻雜室、激光燒結(jié)室之中設(shè)有加熱系統(tǒng)，可對(duì)基片加熱。其加熱系統(tǒng)可以在緩沖室、鍍膜室、激光摻雜室及激光燒結(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(jí)調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)及載片小車，傳動(dòng)系統(tǒng)可為輥傳動(dòng)或者齒輪傳動(dòng)等常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)。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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)截止閥進(jìn)入鍍膜真空室及相鄰緩沖室并均勻布?xì)猓粴饴房刂葡到y(tǒng)各個(gè)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(hào)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(duì)被控制部件進(jìn)行控制。同時(shí)，PLC也可以跟個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接，對(duì)工藝過程中的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)行實(shí)時(shí)跟蹤和記憶儲(chǔ)存，將計(jì)算機(jī)連接上網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝的遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控。在基片經(jīng)過本設(shè)備的所有工藝之后，再對(duì)其背電極沿著肖特基結(jié)與基片的交界處劃線，即可完成摻雜肖特基結(jié)和背電場制備工藝。有益成果本發(fā)明是針對(duì)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)的激光制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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(dòng)化控制，很容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。同時(shí)，由于鍍膜及燒結(jié)工藝相對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(shí)節(jié)省了鍍膜室的長度，節(jié)約了成本。另外，這道工序?qū)㈠儽畴姌O、制備肖特基結(jié)及燒結(jié)背電場放在一套連續(xù)的設(shè)備中完成，可以方便自動(dòng)化生產(chǎn)及大幅度提高生產(chǎn)效率?？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(dòng)化，同時(shí)，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(duì)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(dòng)輥示意結(jié)構(gòu)正視圖附圖4為傳動(dòng)輥示意結(jié)構(gòu)俯視圖附圖5為娃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(duì)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為激光摻雜室、真空室6為激光燒結(jié)室，真空室7為緩沖室、真空室8為出片室，高真空泵901、機(jī)械機(jī)組903由真空閥門902聯(lián)接。真空鍍膜室3上方設(shè)有平面靶301，置于激光摻雜真空室6上方的激光系統(tǒng)a502由支架a503固定于玻璃窗a501正上方,置于激光燒結(jié)真空室6上方的激光發(fā)射系統(tǒng)b602由支架b603固定于玻璃窗b601正上方。觀察窗11位于真空室側(cè)面，每個(gè)真空室皆有一個(gè)。進(jìn)出片室外端由高真空閥門12密封，并可手動(dòng)開關(guān)。其它兩真空室間由高真空閥門10相連接。如圖3、4所示傳動(dòng)輥系統(tǒng)位于真空室下方，包括輥棒13及動(dòng)密封套14，各真空室可以分別實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)速度。圖5、圖6為載片架，由鋁板18、塑料王壓片17、開口銷16及定位銷15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為例，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(duì)進(jìn)片室、各緩沖室、濺射鍍膜室、激光摻雜室、激光燒結(jié)室、出片室進(jìn)行抽真空，同時(shí)，開啟各真空室內(nèi)預(yù)熱系統(tǒng)，將預(yù)熱溫度從第一個(gè)或組緩沖室開始依次設(shè)為200°C、200°C、250°C、450°C、450°C。當(dāng)真空度達(dá)到本底真空度時(shí)，向鍍膜真空室內(nèi)通入工藝氣體，當(dāng)預(yù)熱溫度，加熱時(shí)間及鍍膜真空室內(nèi)壓強(qiáng)符合工藝條件時(shí)，打開進(jìn)片室端部的閥門，將載片架放入真空室內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)輥上，當(dāng)傳動(dòng)輥運(yùn)行到進(jìn)片室另一端時(shí)，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(shí)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(duì)基片進(jìn)行鍍膜，當(dāng)鍍膜完成時(shí)，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)激光摻雜室室，開啟激光系統(tǒng)照射基片上需要制備肖特基結(jié)的區(qū)域，保證工藝溫度及傳動(dòng)速度滿足滲雜工藝要求，當(dāng)小車到達(dá)激光摻雜室另一端，摻雜完成并開啟閥門，使載片小車通過閥門進(jìn)入激光燒結(jié)室，或者激光摻雜系統(tǒng)與激光燒結(jié)系統(tǒng)處于同一室，載片小車完成摻雜工藝后恰好位于燒結(jié)激光系統(tǒng)工作范圍內(nèi)，開啟燒結(jié)用激光系統(tǒng)照射基片，保證其每一部位達(dá)到的溫度及保持時(shí)間符合工藝要求，并在完成工藝時(shí)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)方案將鍍電極材料、激光摻雜及激光燒結(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(shí)間。由于真空鍍膜所用的材料非常干凈，而激光摻及激光燒結(jié)也在潔凈的真空條件下進(jìn)行，不會(huì)對(duì)硅片內(nèi)部引入雜質(zhì)，有利于保證工藝品質(zhì)。同時(shí)，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(gè)真空室的傳動(dòng)系統(tǒng)可以獨(dú)立無級(jí)調(diào)速，可以充分保證在不同的工藝階段，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的不同要求，如工藝條件需求發(fā)生變化，傳動(dòng)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(dòng)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)明提供了一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，是一種對(duì)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(duì)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
1.一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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鋁電極材料； 激光摻雜室中激光系統(tǒng)位于真空室上方，可對(duì)真空室內(nèi)晶體娃表面的電極進(jìn)行選擇性加熱使其滲入晶體娃片中形成肖特基結(jié)； 激光系統(tǒng)位于激光燒結(jié)真空室正上方，可對(duì)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(jí)調(diào)速的傳動(dòng)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所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)出片室、鍍膜真空室和激光摻雜真空室、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所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(shè)備，其特征在于緩沖室、鍍膜室、激光摻雜真空室、激光燒結(jié)室之中設(shè)有預(yù)熱系統(tǒng)，可對(duì)基片加熱。
4.如權(quán)利要求I及權(quán)利要求3所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(shè)備，其特征在于其加熱系統(tǒng)可以在緩沖室、鍍膜室、激光摻雜室、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所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(shè)備，其特征在于加熱系統(tǒng)范圍在0-500°C可調(diào)。
6.如權(quán)利要求I所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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。
8.如權(quán)利要求I所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(shè)備，其特征在于傳動(dòng)系統(tǒng)與平板小車間為磨擦式傳輸，傳送速度平穩(wěn)均勻。
9.如權(quán)利要求I所述的一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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)明公開了一種制備肖特基結(jié)單面電極太陽能電池鋁背電極的設(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)。其中真空室1為進(jìn)片室，真空室2為緩沖室，真空室3為濺射鍍鋁膜室，真空室4為緩沖室，真空室5為激光摻雜室，真空室6為激光燒結(jié)室，真空室7為緩沖室，真空室8為出片室，進(jìn)出片室裝有可手動(dòng)開關(guān)的真空門，同時(shí)可翻轉(zhuǎn)進(jìn)出片，緩沖室、鍍膜室、激光摻雜室及激光燒結(jié)室設(shè)有預(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(jí)調(diào)速的傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102903787SQ20111025196
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者劉瑩 申請(qǐng)人:劉瑩