單晶PERC電池片AL2O3鈍化層劃痕的解決方法

康冬妮

摘 要：電池片背面鈍化層沉積工序，面臨著劃痕對(duì)AL2O3鈍化層損傷的困擾，對(duì)電池片轉(zhuǎn)換效率的提高產(chǎn)生了不良影響。分析產(chǎn)生劃痕的主要因素，通過(guò)試驗(yàn)加以工藝驗(yàn)證，最后提出解決劃痕的有效辦法。

關(guān)鍵詞：背面鈍化層沉積；機(jī)器人抓取；劃痕；運(yùn)動(dòng)軌跡

引言

電池片背面鈍化層沉積，是單晶PERC生產(chǎn)線(xiàn)的一道工序，即鈍化發(fā)射極背面接觸，利用AL2O3在電池背面形成鈍化層，與SINXHY薄膜的氫鈍化效應(yīng)，將硅片的有效載流子壽命由10-20微秒提高到100-200微秒，可以極大地提升電池片的內(nèi)量子效率，實(shí)現(xiàn)單晶電池片轉(zhuǎn)換效率的提高。在電池片生產(chǎn)過(guò)程中，存在某些因素極易對(duì)AL2O3鈍化層造成劃痕，如圖1所示，導(dǎo)致電池片質(zhì)量難以保證，因此劃痕的解決變得迫在眉睫。

造成AL2O3鈍化層劃痕的因素主要有兩大方面。第一，背面鈍化層沉積自身工序產(chǎn)生的劃痕：吸盤(pán)將鈍化層沉積工藝完成的硅片吸取后放置傳輸皮帶上，吸盤(pán)吸取的過(guò)程中會(huì)造成劃痕；硅片經(jīng)傳輸機(jī)構(gòu)傳送至花籃中時(shí)，會(huì)因?yàn)楦ɑ@托齒摩擦造成劃痕；硅片在傳輸過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榭ㄆ⑺槠仍斐蓜澓邸５诙蟮拦ば蜃詣?dòng)化設(shè)備對(duì)AL2O3鈍化層造成的劃痕。本文將從第二方面分析造成AL2O3鈍化層劃痕的幾大因素，并通過(guò)試驗(yàn)找出解決劃痕的具體辦法。

背面鈍化層沉積工序之后，是等離子化學(xué)氣相沉積（PECVD）工序，在PECVD工序使用的自動(dòng)化設(shè)備是全自動(dòng)石墨舟上下料機(jī)，由我們自主研發(fā)設(shè)計(jì)的該種設(shè)備，已經(jīng)在電池片生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。由機(jī)器人帶動(dòng)真空吸盤(pán)一次抓取多張硅片，將PECVD工藝完成后的鍍膜片放入下料中轉(zhuǎn)花籃，再傳輸進(jìn)100片空花籃中，以備后道絲網(wǎng)印刷工序使用；再將刻蝕工序后的硅片傳入上料中轉(zhuǎn)花籃，由機(jī)器人抓取后放入石墨舟內(nèi)，進(jìn)行PECVD工藝。如圖2所示。

在該設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生AL2O3鈍化層劃痕的因素主要有以下幾個(gè)方面。（1）硅片在傳輸過(guò)程中，AL2O3鈍化層因接觸皮帶，由于摩擦、產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成劃痕；（2）機(jī)器人的真空吸盤(pán)一致性差，向石墨舟內(nèi)插片的過(guò)程中，導(dǎo)致硅片太貼緊舟葉片做旋轉(zhuǎn)造成劃痕；（3）機(jī)器人向石墨舟內(nèi)插片的過(guò)程中，硅片旋轉(zhuǎn)最后落入卡點(diǎn)的軌跡設(shè)計(jì)不好，造成劃痕。這些問(wèn)題一直困擾著電池片制造商以及自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)商，為了解決這種尷尬的局面，我們通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，跟蹤測(cè)試，最后找出了具體的解決辦法。

1 具體實(shí)施辦法

1.1 硅片傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的劃痕

背面鈍化層沉積工序后的100片滿(mǎn)花籃，放入全自動(dòng)石墨舟上下料的花籃傳輸機(jī)構(gòu)，硅片傳輸過(guò)程中，AL2O3鈍化層是接觸皮帶傳輸?shù)摹Ｖ灰薪佑|，就難以避免產(chǎn)生劃痕。因此，我們決定從根本上解決接觸問(wèn)題。我們將花籃旋轉(zhuǎn)180°放入傳輸機(jī)構(gòu)，使硅片傳輸過(guò)程中，AL2O3鈍化層始終朝上，不接觸皮帶。因該工序的花籃上下一致，所以對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)不會(huì)造成任何影響（如圖3所示），唯一影響的是硅片在上料中轉(zhuǎn)花籃裝齊后，機(jī)器人的抓取方向。機(jī)器人要吸取電池片正面，即AL2O3鈍化層的反面。原來(lái)AL2O3鈍化層朝下接觸皮帶時(shí)，機(jī)器人是由上向下吸取硅片，現(xiàn)在更改花籃方向后，需要相應(yīng)修改機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。機(jī)器人第6軸要旋轉(zhuǎn)180°，因此，機(jī)器人六個(gè)軸聯(lián)動(dòng)的軌跡及過(guò)度點(diǎn)都需要根據(jù)實(shí)際重新設(shè)計(jì)。

1.2 真空吸盤(pán)一致性差產(chǎn)生的劃痕

真空吸盤(pán)組件由22片獨(dú)立吸盤(pán)組裝而成，每片吸盤(pán)上有3個(gè)彈簧吸嘴，真空打開(kāi)后，彈簧吸嘴在吸取硅片的過(guò)程中，產(chǎn)生微量彈性浮動(dòng)，3個(gè)彈簧吸嘴貼緊硅片，進(jìn)行吸附，保證22片吸盤(pán)及彈簧吸嘴的一致性是非常必要的。如果某一片吸盤(pán)傾斜角度大，或者彈簧吸嘴回彈性差，就會(huì)導(dǎo)致吸盤(pán)太過(guò)壓緊硅片，硅片在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中就一定會(huì)產(chǎn)生劃痕。我們要求電池片制造商，使用的過(guò)程中每半月對(duì)吸盤(pán)用卡尺微調(diào)一次，及時(shí)更換彈性差的彈簧吸嘴，以保證吸盤(pán)精度。

1.3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生的劃痕

石墨舟葉片上的三個(gè)卡點(diǎn)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。機(jī)器人插入硅片的過(guò)程中，如果硅片太貼緊舟葉片旋轉(zhuǎn)，雖然硅片落入卡點(diǎn)的效果很好，但是一定會(huì)產(chǎn)生劃痕；如果硅片遠(yuǎn)離舟葉片旋轉(zhuǎn)，會(huì)使硅片卡的太松，存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。而且硅片經(jīng)過(guò)PECVD爐子高溫加熱，會(huì)產(chǎn)生瞬間形變，導(dǎo)致硅片一邊翹起，如果本身硅片卡的太松，會(huì)在冷卻前就容易脫落。因此，把握這個(gè)度，是非常難的。具體修改步驟如表1所示。

2 工藝驗(yàn)證

用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用EL缺陷檢測(cè)儀進(jìn)行全檢，對(duì)電池片加載電壓后，使之發(fā)光，再利用紅外成像儀攝取其發(fā)光影像。因電致發(fā)光亮度正比小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，劃痕處因具有較少的少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，會(huì)發(fā)出較弱的光，從而形成較暗的影像。根據(jù)缺陷圖像的分析，更改了AL2O3鈍化層的傳輸方向，調(diào)整了機(jī)械精度、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡修改為脫離舟葉片0.2mm做旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)速度及加減速降低50%時(shí)，劃痕的消除最為明顯，劃痕比率由1.7‰降至0.1‰，滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，前后對(duì)比如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)AL2O3鈍化層劃痕的處理，解決了困擾電池片制造商和自動(dòng)化設(shè)備廠(chǎng)商的大問(wèn)題，有效地提升了我們?cè)O(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力，也為后續(xù)合作的開(kāi)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在光伏產(chǎn)業(yè)化規(guī)模發(fā)展的現(xiàn)階段，更高的效率和更低的成本是光伏行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著電池片制造商紛紛上馬單晶PERC產(chǎn)線(xiàn)，諸多廠(chǎng)家產(chǎn)量、效率得到同步提升，也為我們開(kāi)辟出一條更為廣闊的發(fā)展市場(chǎng)。

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