引言
电【diàn】池片背面钝【dùn】化层沉积，是单晶PERC生产线的一【yī】道工序【xù】，即钝化发射极背面接触，利用Al2O3在【zài】电池【chí】背【bèi】面【miàn】形成钝化层，与SINXHY薄膜【mó】的氢钝化效应【yīng】，将【jiāng】硅片【piàn】的有【yǒu】效载流子【zǐ】寿命由9-21微【wēi】秒提高到100-200微秒，可以极大【dà】地提升电池片的内【nèi】量子效率，实现单晶电池片转换效率的提高。在电池片【piàn】生产过程中，存在某些因素极易对Al2O3钝化层造【zào】成【chéng】划痕【hén】，如图【tú】1所示【shì】，导致电池片质量难以保证，因此划痕的解【jiě】决变得迫【pò】在眉睫【jié】。
造成Al2O3钝化层划痕的【de】因【yīn】素主要有【yǒu】两大方面。第一，背【bèi】面钝化层沉积自身工序产生的【de】划痕:吸盘将钝化层【céng】沉积工艺【yì】完成的硅片吸【xī】取后放置传输【shū】皮【pí】带【dài】上【shàng】，吸盘吸取的过程中【zhōng】会【huì】造成【chéng】划痕;硅片经传【chuán】输【shū】机构传送至花篮中时，会因为跟【gēn】花篮【lán】托齿摩擦造成划痕;硅片在传输【shū】过【guò】程中，会因为卡片【piàn】、碎片等造【zào】成划痕。第【dì】二，后道工序自动化【huà】设【shè】备对Al2O3钝化层造成【chéng】的划痕。本【běn】文将从第二方【fāng】面分析造成Al2O3钝【dùn】化层划痕的几大【dà】因素，并【bìng】通过试验【yàn】找出解决划痕【hén】的具体办法。背【bèi】面钝【dùn】化层【céng】沉积工序之【zhī】后，是等离子化学气【qì】相沉【chén】积(PECVD)工序，在PECVD工序使【shǐ】用的自动【dòng】化设【shè】备是全自动【dòng】石墨【mò】舟上下料机，由我们自主【zhǔ】研发设计的该种【zhǒng】设备，已经在电池片生产线上实现【xiàn】稳定生【shēng】产。由机器人带动真空吸盘一次抓取多张【zhāng】硅【guī】片，将PECVD工艺完成后的镀膜片放入下料中转【zhuǎn】花篮，再传输进100片【piàn】空花篮【lán】中，以备后道丝【sī】网印刷工序使用;再将刻蚀工序后的硅片传入上料中转【zhuǎn】花篮，由机器人抓取后放入石墨舟内，进【jìn】行PECVD工【gōng】艺。如图2所示。在该设【shè】备运行【háng】过程中【zhōng】，产生Al2O3钝化层划痕的因素主要有以下几【jǐ】个方面。(1)硅片在传输【shū】过【guò】程中【zhōng】，Al2O3钝化层因接【jiē】触皮带【dài】，由于摩擦【cā】、产生相对运【yùn】动造成划痕;(2)机器人【rén】的真空【kōng】吸【xī】盘【pán】一致性差【chà】，向石墨舟内插片的过程中，导致硅片太贴紧舟叶片做旋转造成划痕【hén】;(3)机器人向石墨舟【zhōu】内【nèi】插片【piàn】的过程中，硅片【piàn】旋转【zhuǎn】最后【hòu】落入卡点的轨迹设【shè】计【jì】不好【hǎo】，造【zào】成划痕。这些【xiē】问题一【yī】直困【kùn】扰【rǎo】着电池片【piàn】制造商以及自动【dòng】化设【shè】备生产【chǎn】商，为了【le】解决这种尴尬的【de】局面，我们通过【guò】反复试【shì】验，跟踪测试，最后找出【chū】了【le】具体【tǐ】的解决办法。
1具体实施办法
1.1硅片传输过程中产生的划痕
背面钝化层沉积【jī】工【gōng】序后的100片满花篮【lán】，放入全自动【dòng】石墨舟上下料的【de】花【huā】篮传输【shū】机构，硅【guī】片传输【shū】过程【chéng】中，Al2O3钝化层是接触皮带传输的。只要有接触，就难【nán】以避免产生划痕【hén】。因此，我【wǒ】们决定从根本上解【jiě】决接触问题。我们将花篮旋转180°放入传输机构，使硅片传输过程中【zhōng】，Al2O3钝化层始终朝上，不接触皮带。因该工序的【de】花篮上【shàng】下一致，所以对机械结构不会【huì】造【zào】成任何影响(如【rú】图3所示【shì】)，唯一影【yǐng】响的【de】是硅片在上料中转【zhuǎn】花篮【lán】装齐后，机器人的抓取方向。机器人【rén】要【yào】吸取电【diàn】池【chí】片【piàn】正【zhèng】面，即Al2O3钝化层的反面。原来AL2O3钝化层朝下【xià】接触皮带时，机器人是由上向【xiàng】下【xià】吸取【qǔ】硅【guī】片【piàn】，现【xiàn】在【zài】更改花【huā】篮方向后【hòu】，需【xū】要相应修改机器【qì】人运动轨迹。机器人第【dì】6轴要旋转【zhuǎn】180°，因此，机器【qì】人六个轴联【lián】动的【de】轨【guǐ】迹及过【guò】度点【diǎn】都需要根据实际重新设计。
1.2真空吸盘一致性差产生的划痕
真空吸盘【pán】组件由22片【piàn】独立吸盘组装而成，每片吸盘上【shàng】有3个【gè】弹簧吸嘴，真【zhēn】空打开后，弹簧吸【xī】嘴在吸取硅片的过程中【zhōng】，产【chǎn】生【shēng】微量弹性浮【fú】动，3个弹【dàn】簧吸嘴贴紧【jǐn】硅片，进【jìn】行吸附，保证22片吸盘及弹簧吸嘴的一【yī】致性是非常【cháng】必要的。如【rú】果某【mǒu】一片吸盘倾斜角度大，或【huò】者弹簧吸嘴回弹性差，就会导致【zhì】吸盘太过【guò】压紧硅【guī】片，硅片在旋转的过程中就一定会产生【shēng】划痕。我们要求【qiú】电【diàn】池【chí】片制造商，使【shǐ】用【yòng】的过程中每半月【yuè】对吸盘用卡尺微调一【yī】次，及时更换弹【dàn】性差的【de】弹【dàn】簧吸嘴，以保证吸盘精【jīng】度。
1.3机器人运动轨迹产生的划痕
石墨【mò】舟叶【yè】片上的三个卡点非常小，Y方向只有1.2mm余量，除去【qù】硅片的厚度0.2mm，只剩下1mm。机【jī】器【qì】人插入硅片的【de】过程中，如果硅片太【tài】贴紧舟叶【yè】片旋转，虽然【rán】硅片落入卡点【diǎn】的效果很好，但是一定【dìng】会产生划【huá】痕;如果硅片【piàn】远离舟叶片旋转，会使硅片卡的太【tài】松，存在脱【tuō】落的风险【xiǎn】。而且硅片【piàn】经过【guò】PECVD炉子高温加热，会产【chǎn】生瞬间形变，导致硅片一边翘起【qǐ】，如果本身硅片卡的【de】太松【sōng】，会在冷却前就容易脱落。因【yīn】此【cǐ】，把握这【zhè】个【gè】度，是非常【cháng】难的。具体修改步骤如【rú】表1所示。
2工艺验证
用户现场使用EL缺陷检测【cè】仪进【jìn】行全检，对电池【chí】片【piàn】加载电【diàn】压【yā】后【hòu】，使之发【fā】光【guāng】，再利用红外成像【xiàng】仪【yí】摄取其发【fā】光影像。因电致发光亮度正比小于少子【zǐ】扩散长度，划痕处【chù】因具有【yǒu】较少的少子【zǐ】扩【kuò】散【sàn】长度，会【huì】发出较弱的光，从【cóng】而形成【chéng】较暗的【de】影【yǐng】像【xiàng】。根据缺陷图【tú】像的分析，更改了AL2O3钝【dùn】化层的传输方向，调整了【le】机械【xiè】精度、机器人运动轨迹修改为脱【tuō】离【lí】舟叶片0.2mm做旋转，旋转【zhuǎn】时速度及加减速降低【dī】50%时，划痕的消除最为明显，划痕比率由1.7‰降至0.1‰，满足客户的要求，前后对【duì】比如【rú】图4所示。
3结语
通过对【duì】Al2O3钝化层【céng】划痕的处理，解决【jué】了【le】困扰电池片制造商和自动化设备厂【chǎng】商的大问【wèn】题，有【yǒu】效地提升了我们设【shè】备的【de】竞争力，也为后续合作的开展提【tí】供【gòng】了坚实【shí】的基础【chǔ】。在光伏产业【yè】化【huà】规模【mó】发展的【de】现阶段，更高的效率和更低的成本是【shì】光伏行业发展的关键。随着电池【chí】片制【zhì】造商纷纷上马单晶PERC产线【xiàn】，诸多厂家产【chǎn】量【liàng】、效率得【dé】到同步提【tí】升，也为我们开【kāi】辟出一条更为【wéi】广阔的发展市场。
