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AL2O3鈍化層損傷的困擾，對電池片轉換效率的提高產生了不良影響。分析產生劃痕的主要因素，通過試驗加以工藝驗證，最后提出解決劃痕的有效辦法。

關鍵詞：背面鈍化層沉積；機器人抓取；劃痕；運動軌跡

引言

電池片背面鈍化層沉積，是單晶PERC生產線的一道工序，即鈍化發射極背面接觸，利用AL2O3在電池背面形成鈍化層，與SINXHY薄膜的氫鈍化效應，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量子效率，實現單晶電池片轉換效率的提高。在電池片生產過程中，存在某些因素極易對AL2O3鈍化層造成劃痕，如圖1所示，導致電池片質量難以保證，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生的劃痕：吸盤將鈍化層沉積工藝完成的硅片吸取后放置傳輸皮帶上，吸盤吸取的過程中會造成劃痕；硅片經傳輸機構傳送至花籃中時，會因為跟花籃托齒摩擦造成劃痕；硅片在傳輸過程中，會因為卡片、碎片等造成劃痕。第二，后道工序自動化設備對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，并通過試驗找出解決劃痕的具體辦法。

背面鈍化層沉積工序之后，是等離子化學氣相沉積（PECVD）工序，在PECVD工序使用的自動化設備是全自動石墨舟上下料機，由我們自主研發設計的該種設備，已經在電池片生產線上實現穩定生產。由機器人帶動真空吸盤一次抓取多張硅片，將PECVD工藝完成后的鍍膜片放入下料中轉花籃，再傳輸進100片空花籃中，以備后道絲網印刷工序使用；再將刻蝕工序后的硅片傳入上料中轉花籃，由機器人抓取后放入石墨舟內，進行PECVD工藝。如圖2所示。

在該設備運行過程中，產生AL2O3鈍化層劃痕的因素主要有以下幾個方面。（1）硅片在傳輸過程中，AL2O3鈍化層因接觸皮帶，由于摩擦、產生相對運動造成劃痕；（2）機器人的真空吸盤一致性差，向石墨舟內插片的過程中，導致硅片太貼緊舟葉片做旋轉造成劃痕；（3）機器人向石墨舟內插片的過程中，硅片旋轉最后落入卡點的軌跡設計不好，造成劃痕。這些問題一直困擾著電池片制造商以及自動化設備生產商，為了解決這種尷尬的局面，我們通過反復試驗，跟蹤測試，最后找出了具體的解決辦法。

1 具體實施辦法

1.1 硅片傳輸過程中產生的劃痕

背面鈍化層沉積工序后的100片滿花籃，放入全自動石墨舟上下料的花籃傳輸機構，硅片傳輸過程中，AL2O3鈍化層是接觸皮帶傳輸的。只要有接觸，就難以避免產生劃痕。因此，我們決定從根本上解決接觸問題。我們將花籃旋轉180°放入傳輸機構，使硅片傳輸過程中，AL2O3鈍化層始終朝上，不接觸皮帶。因該工序的花籃上下一致，所以對機械結構不會造成任何影響（如圖3所示），唯一影響的是硅片在上料中轉花籃裝齊后，機器人的抓取方向。機器人要吸取電池片正面，即AL2O3鈍化層的反面。原來AL2O3鈍化層朝下接觸皮帶時，機器人是由上向下吸取硅片，現在更改花籃方向后，需要相應修改機器人運動軌跡。機器人第6軸要旋轉180°，因此，機器人六個軸聯動的軌跡及過度點都需要根據實際重新設計。

1.2 真空吸盤一致性差產生的劃痕

真空吸盤組件由22片獨立吸盤組裝而成，每片吸盤上有3個彈簧吸嘴，真空打開后，彈簧吸嘴在吸取硅片的過程中，產生微量彈性浮動，3個彈簧吸嘴貼緊硅片，進行吸附，保證22片吸盤及彈簧吸嘴的一致性是非常必要的。如果某一片吸盤傾斜角度大，或者彈簧吸嘴回彈性差，就會導致吸盤太過壓緊硅片，硅片在旋轉的過程中就一定會產生劃痕。我們要求電池片制造商，使用的過程中每半月對吸盤用卡尺微調一次，及時更換彈性差的彈簧吸嘴，以保證吸盤精度。

1.3 機器人運動軌跡產生的劃痕

石墨舟葉片上的三個卡點非常小，Y方向只有1.2mm余量，除去硅片的厚度0.2mm，只剩下1mm。機器人插入硅片的過程中，如果硅片太貼緊舟葉片旋轉，雖然硅片落入卡點的效果很好，但是一定會產生劃痕；如果硅片遠離舟葉片旋轉，會使硅片卡的太松，存在脫落的風險。而且硅片經過PECVD爐子高溫加熱，會產生瞬間形變，導致硅片一邊翹起，如果本身硅片卡的太松，會在冷卻前就容易脫落。因此，把握這個度，是非常難的。具體修改步驟如表1所示。

2 工藝驗證

用戶現場使用EL缺陷檢測儀進行全檢，對電池片加載電壓后，使之發光，再利用紅外成像儀攝取其發光影像。因電致發光亮度正比小于少子擴散長度，劃痕處因具有較少的少子擴散長度，會發出較弱的光，從而形成較暗的影像。根據缺陷圖像的分析，更改了AL2O3鈍化層的傳輸方向，調整了機械精度、機器人運動軌跡修改為脫離舟葉片0.2mm做旋轉，旋轉時速度及加減速降低50%時，劃痕的消除最為明顯，劃痕比率由1.7‰降至0.1‰，滿足客戶的要求，前后對比如圖4所示。

3 結語

通過對AL2O3鈍化層劃痕的處理，解決了困擾電池片制造商和自動化設備廠商的大問題，有效地提升了我們設備的競爭力，也為后續合作的開展提供了堅實的基礎。在光伏產業化規模發展的現階段，更高的效率和更低的成本是光伏行業發展的關鍵。隨著電池片制造商紛紛上馬單晶PERC產線，諸多廠家產量、效率得到同步提升，也為我們開辟出一條更為廣闊的發展市場。

參考文獻：

[1]岳軍.石墨舟上下料機的研制.電子工藝技術，2015（06）：361-363.

[2] 張賀超，劉彩鳳，李旭.機器人技術在光伏組件生產中的應用淺析.中國機械，2013（11）：222-225.