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清洗設備在整個太陽能電池生產線上起到至關重

清洗設備在整個太陽能電池生產線上起到至關重要的作用。主要可以分為:擴散前的制絨、酸洗,磷硅玻璃(PSG)的濕法腐蝕、漂洗等幾類。本文將著重就制絨設備研究過程中的幾個重要問題進行闡述。
 一、工藝研究
  在太陽能電池生產中,刻蝕具有兩個作用,即去除切割過程中產生的表面缺陷,同時進行硅片表面構化。構化的目的就是延長光在電池表面的傳播路徑,從而提高太陽能電池對光的吸收效率。構化的主要方法可以分為干法和濕法兩種。后者是目前應用最廣泛的刻蝕方法,即用堿(NaOH、KOH)或酸液(HNO3、HF)對硅片表面進行腐蝕。由于硅片的內部結構不同,各向異性的堿液刻蝕主要用于晶向分布均勻的單晶硅,而晶向雜亂的多晶硅采用各向同性的酸液刻蝕會有更好的構化效果。
     本研究以單晶硅制絨為例進行工藝實驗,對于多晶硅材料而言,我們正與廠家進行實際工藝摸索,本文僅對單晶硅制絨工藝進行闡述。工業生產中通常采用堿和醇的混合溶液對< 100> 晶向的單晶硅片進行各向異性腐蝕,在表面形成類似"金字塔"狀的絨面,有效地增強硅片對入射太陽光的吸收,從而提高光生電流密度。對于既可獲得低的表面反射率,又有利于太陽能電池的后續制作工藝的絨面,應該是金字塔大小均勻,單體尺寸在2~10μm 之間,相鄰金字塔之間沒有空隙,即覆蓋率達到100%。理想質量絨面的形成,受到了諸多因素的影響,例如硅片被腐蝕前的表面狀態、制絨液的組成、各組分的含量、溫度、反應時間等。而在工業生產中,對這一工藝過程的影響因素更加復雜,例如加工硅片的數量、醇類的揮發、反應產物在溶液中的積聚、制絨液中各組分的變化等。為了維持生產良好的可重復性,并獲得高的生產效率。就要比較透徹地了解金字塔絨面的形成機理,控制對制絨過程中影響較大的因素,在較短的時間內形成質量較好的金字塔絨面。
1、去損傷
  硅片在切割過程中表面留有大約10~20μm的鋸后損傷層,對制絨有很大影響,因此在制絨前必須將其除去。單晶一般用堿與硅反應的方法除去。現在很多公司常用NaOH,工藝參數有溶液溫度、反應時間和溶液濃度。經過我們與生產企業的多次反復實驗,最終結果表明當NaOH 加熱至85 ℃,濃度為25%時去損傷速度最快、效果最好。
 2、制絨
  制絨工藝比較復雜,不同公司有各自獨特的制絨方法。一般堿制絨有以下幾種方法:
  (1)NaOH+IPA
  (2)NaOH+IPA+NaSiO3
  (3)NaOH+CH3CH2OH
  一般使用到的化學添加劑有兩種,一種是IPA(異丙醇),另一種是工業酒精。加入異丙醇后,可以使反應加快,主要是起消除氣泡的作用。曾經有人認為,異丙醇是產生金字塔的原因,其實如果不用異丙醇也可以做出絨面來,所以異丙醇并非做絨面必不可少的一種物質。
  而對于工業酒精,根據實驗結果,不添加酒精,也可以制作出絨面來,但是絨面表面會非常的難看。會有很多雨點狀的氣泡印,即使最后經過擴散、刻蝕、噴涂和印刷后,做出來的太陽能電池片上氣泡印也很難去掉,會嚴重影響美觀和硅片表面質量。
  因此,第二種方法在工業大規模生產中被普遍接受。工藝要求NaSiO3:NaOH 在1:3.5 到1:3 之間,NaOH:IPA 在1:6 左右。NaOH 濃度要求在2%~4%之間調整。在制絨工藝中,溫度和個溶液的比例是主要參數。時間是次要的。保持工藝的穩定對大規模的生產是至關重要的。通常通過排液、補液的方法來實現。對于第二種工藝方法來說,制絨的最佳工作溫度在83 ℃±1 ℃。溫度太低和IPA 比例大小都不能制成絨面,或者說在絨面形成之前硅片已經消耗完。IPA 太多形不成絨面,它不能起調節晶向反應速度的作用。
 二、結構設計
  根據工藝研究的結果,我們進行設備結構設計,針對去損傷以及制絨工藝的溶液、溫度、反應時間等要求,我們著重對兩種反應槽體進行了設計,結果表明,槽體結構設計合理,完全滿足工藝要求。
 1、去損傷槽
  鑒于去損傷的工藝要求,我們設計的槽體要求一方面可以實現基本功能,即抗腐蝕功能及工藝液體加熱功能,另一方面要求能夠保證腐蝕后的硅片表面質量。因此,經過設計人員的反復論證擬定槽體采用溢流槽結構,溢流出的廢液匯入排廢管道;為防止反應霧過渡揮發,槽體設有左右開啟蓋,塑料氣缸控制開合。在氣缸伸出桿上設有保護套,防止反應霧滴落在伸出桿上面;考慮到兼容單晶及多晶硅片的清洗要求,槽內設置有單獨的加熱和制冷系統;槽體底部設置加熱器,同時設有溫度控制(包括防酸熱偶),保證達到要求的工作溫度,且盡量縮短升溫時間以提高生產效率。溫控器的設定溫度可根據工藝要求調節;槽內四周還設有波紋盤管,可通入冷卻水對槽內溶液進行制冷,冷卻水由外置的恒溫水循環系統提供;腐蝕時間可在觸摸屏界面中進行設定、調整;槽內還設有配液、補液用接口,并設有液位,高低可調節,一方面可以控制配液時DI 水容積和NaOH 的容積,另一方面還要控制補液容積。控制DI 水容積的液位同時具有防止加熱器干燒功能;
  2、制絨槽
  根據制絨工藝要求,使用溶液濃度為2%的NaOH 和IPA 溶液或混合酸液(HF+HNO3);擬定槽體結構采用溢流槽結構,溢流出的廢液匯入排廢管道;為防止反應霧過渡揮發,槽體設有左右開啟蓋,塑料氣缸控制開合。在氣缸伸出桿上設有保護套,防止反應霧滴落在伸出桿上面;為兼容單晶及多晶硅片的清洗要求,槽內設置有單獨的加熱和制冷系統;槽體底部為塑料加熱器,設溫度控制(包括防酸熱偶),保證完全滿足工作溫度需要,控溫精度可達±1 ℃,同時最大限度地縮短升溫時間以提高生產效率;溫控器的設定溫度可根據工藝要求調節,使用恒溫水浴加熱方式,控溫精度為±1 ℃;槽內四周還設有波紋盤管,可通入冷卻水對槽內溶液制冷,冷卻水由外置的恒溫水循環系統提供;腐蝕時間可在觸摸屏界面中設定、調整;槽內設有配液、補液用接口,并設有液位,高低可調節,一方面要求能夠控制配液時DI 水容積和NaOH 的容積,另一方面還可控制補液容積。控制DI 水容積的液位同時還具有防止塑料加熱器干燒功能;IPA 則定時采用氮氣壓輸送。
 


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