單晶PERC背鈍化層自動化設備降低吸盤印的研究

張云鵬，趙科巍，魯桂林，郭 鵬，郭 麗，郭 衛，楊飛飛，呂 濤，劉文超

(潞安太陽能有限責任公司，山西 長治 046000)

單晶PERC全稱為發射極及背表面鈍化的太陽能電池，是一種高效的晶硅光伏電池結構，主要生產流程是:制絨-擴散-堿拋-去PSG-氧化-正PECVD-背PECVD-激光-絲網印刷-燒結-測試分選。背PECVD是單晶 PERC 生產線的必備工藝[1]，利用在電池背面形成鈍化層，與薄膜的氫鈍化效應，將硅片的有效載流子壽命從 10-20μs提高到 100-200μs，這樣可以極大地提升電池片的內量子效率，從而提高單晶電池片轉換效率[2]。在電池片生產過程中的自動化設備吸盤吸取硅片時，極易對背鈍化層造成吸盤印。在EL測試中，能明顯的表現出來，如圖1 所示，降低硅片背鈍化層的吸盤印比例問題迫在眉睫。

圖1 對背鈍化層造成的吸盤印

1 吸盤印產生原因分析

背PECVD 工序使用的自動化設備是全自動石墨舟插片機，由機器人帶動吸附組一次抓取26張硅片放入石墨舟內，進行背PECVD 工藝。在運行過程中，產生背鈍化層吸盤印的因素主要有以下二個方面：(1)吸盤的真空度太高，壓力過大，導致在吸盤吸孔與硅片未接觸處使硅片產生了形變，損壞了硅片表面的膜，而留下了印記。(2)硅片插取片過程中，吸盤與硅片產生了摩擦，發生了相對運動，產生了吸盤印。吸盤印問題一直困擾著整個電池片的生產，為了解決吸盤印問題，我們通過試驗跟蹤測試，最后找出了具體的解決辦法。

2 采取的改善措施

2.1 機械手點位的優化

機械手吸附組點位是對內置參數的修正，主要對Y軸和Z軸參數進行修正，如調整機械手遠離舟壁，則只需要在原有修正點位上加上相應的數值即可“Y+”，如調整機械手靠近舟壁，則只需要在原有修正點位上減掉相應的數值即可“Y-”。如調整機械手遠離舟底部卡點，則只需要在原有修正點位上加上相應的數值即可“Z+”，如調整機械手靠近舟卡點，則只需要在原有修正點位上減掉相應的數值即可“Z-”。為降低吸盤印比例，對Y軸和Z軸參數進行優化調整。

針對同一臺PECVD爐和固定的一臺上下料設備，試驗使用固定的1個石墨舟，對經過Y軸和Z軸參數優化，具體優化步驟，如表1所示。

表1 機器人點位優化步驟

圖2 不同點位的吸盤印比例

從圖2中可以看出，Y軸和Z軸參數優化后，吸盤印比例有一定下降，從35%下降為24%，下降比例為11%。因此，優化機械手點位對降低的吸盤印比例有一定的改善效果。

2.2 調整吸盤的壓力

吸附組由 26 片獨立吸盤組裝而成，每片吸盤上含有 3 個彈簧。當真空打開后，彈簧吸嘴有了一定的負壓，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。如果吸盤產生的真空度太高，壓力過大，而電池片源厚度較薄，在吸盤吸孔與硅片未接觸處的使硅片產生了形變，損壞了硅片表面的膜，從而留下了吸盤印。因此，需要對吸盤真空發生器的進氣壓力進行調整。

針對同一臺PECVD爐和固定的一臺上下料設備，試驗使用固定的1個石墨舟，壓力分別調整為為0．5MPa、0．45MPa、0.4MPa、0.35MPa和0．30MPa。

圖3 不同壓力的吸盤印比例

從圖3中可以看出調整不同壓力后，吸盤印比例有一定下降，從24%下降為18%，下降比例為6%。但是如果壓力再小就會出現掉片的問題，最佳壓力為0.35MPa。因此，調整壓力后對降低的吸盤印比例也有一定的改善效果。

2.3 打磨吸盤并調整機械手運行軌跡

觀察發現，吸附組的吸盤表面非常的粗糙，吸盤與硅片接觸時，很容易造成吸盤印。用制絨后的片子對吸盤進行手工打磨，上下打磨3組，一組100次，發現吸盤表面的光滑度有明顯的改善。吸附組插入硅片的過程中，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，但是一定會產生吸盤印；如果硅片遠離舟葉片旋轉，會使硅片卡的太松，存在掉片的風險。因此，在優化點位的基礎上，試驗直接取消整個旋轉過程。

針對同一臺PECVD爐和固定的一臺上下料設備，試驗使用固定的1個石墨舟，用制絨后的片子對吸盤進行打磨，上下打磨3組，一組100次，并且試驗了帶旋轉和不帶旋轉的點位。

從圖4中可以看出打磨吸盤并調整機械手運行軌跡后，吸盤印比例有下降明顯，從18%下降為0%，下降比例為18%。因此，打磨吸盤并調整機械手運行軌跡后對降低吸盤印的比例有非常好的效果。

圖4 打磨旋轉位點的吸盤印比例

3 結論

對機械手點位、調整吸盤的壓力和打磨吸盤并調整機械手運行軌跡三個方面進行優化后，吸盤印問題得到了徹底的改善。解決了背鈍化層自動化設備的吸盤印問題，改善了設備的運行狀態，提高了產品良率，為后續產線良率的提高帶來新的思路和參考。在光伏產業化規模發展的現階段，降本提效是光伏行業發展的關鍵，隨著電池片PERC 電池生產的日漸增產，產量和效率得到同步提升時，良率的提升也會得好更大的關注。