ABB機械手在硅電池片工藝中的應用

苗 杰， 張奇雄， 楊飛飛， 嚴俊婷

(山西潞安太陽能有限責任公司電池分廠，山西 長治 046000)

ABB機械手在硅電池片工藝中的應用

苗 杰， 張奇雄， 楊飛飛， 嚴俊婷

(山西潞安太陽能有限責任公司電池分廠，山西 長治 046000)

隨著機械手技術的不斷發(fā)展，其應用的領域也越來越廣泛，隨著硅電池生產(chǎn)工藝的不斷革新，機械手也逐漸地應用到硅電池的生產(chǎn)工藝中。闡述了ABB機械手在硅電池生產(chǎn)工藝中的應用。

機械手;硅電池;生產(chǎn)工藝

引言

隨著機器人技術的快速發(fā)展，越來越多的機器人技術被應用到工業(yè)制造工藝中，如，ABB機械手、史陶比爾機械手等，都在工業(yè)生產(chǎn)和加工中發(fā)揮著重要的作用，尤其是在汽車制造行業(yè)，機械手的應用更為廣泛［1－2］。機械手的應用能夠完成以往要多人，或涉及危險的生產(chǎn)中，輔助生產(chǎn)者完成大部分的體力勞動，也可以使用機械手來隔離生產(chǎn)者和危險化學物品，避免生產(chǎn)者直接接觸對人體有害的化學物質。隨著硅電池生產(chǎn)工藝的不斷革新，機械手也逐漸地應用到硅電池的生產(chǎn)工藝中。本文分析了ABB機械手的技術特點，并結合硅電池的生成工藝流程，闡述了ABB機械手在硅電池生產(chǎn)工藝中的應用。

1 硅電池片工藝流程

硅電池工藝流程主要分為:硅片檢測、表面制絨、擴散制結、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、快速燒結。

硅片檢測:作為太陽能電池片的載體，必須要嚴格地對硅片的質量進行檢測，硅片質量的優(yōu)劣直接影響太陽能電池片的工作效率和使用壽命。對于硅片的檢測主要是通過在線檢測的方法和對其工作參數(shù)進行統(tǒng)計和篩選。硅片的工作參數(shù)主要包括:硅片表面的平滑度、硅片的電阻率、硅片P/N型的完整性(是否存在裂紋)、材料運行壽命等。

表面制絨:太陽能電池板轉換功率的直接影響因素是光的吸收效率，通過表面制絨的工藝能夠利用硅片的各向異性腐蝕來在硅面上形成百萬級的金字塔表面結構。這種結構能夠使得太陽光線在硅片的表面多次反射和折射，增加硅片的受照面積，從而提高太陽能電池板的光能轉換效率。

擴散制結:影響太陽能電池板的光能轉換效率的另一個關鍵因素是PN節(jié)的面積，PN節(jié)的面積越大，其電流的載離子也就越多，轉換電流也就越大。而擴散制結工藝就是為了擴大其PN節(jié)的工藝流程。擴散爐是這道工藝的主要設備，也是專門為擴散太陽能電池板PN節(jié)而設計的專用設備，其主要的擴散源是液態(tài)三氯氧磷。

去磷硅玻璃:該道工序主要是為了清除上一道擴散制結工藝過程中，在硅片上殘留的擴散源和其化合物。該道工藝主要是將硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，在這個過程中POCl3與O2反應，在硅片的表面生成P2O5沉淀物。生成的P2O5沉淀物會與Si反應生成SiO2和磷原子［3］。經(jīng)過以上的化學反應，將在硅片的表面生成一層包含P元素和二氧化硅的硅磷玻璃。此道工序要與具有腐蝕性的化學藥品接觸，且工序較為復雜，對工藝的要求也較高，因此，這道工藝的科技水平較高，機械化水平也相對要高，也是機械臂的主要應用場合。這道工藝的主體設備主要由本體、清洗槽、伺服驅動系統(tǒng)、機械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動配酸系統(tǒng)等部分組成。在此道工序中會產(chǎn)生易揮發(fā)的四氟化硅氣體和可溶性的絡和物六氟硅酸，這些都是對人體有害的化學物體，因此，使用機械化設備有助于提高其工藝水平，提高生產(chǎn)質量和效率。

等離子刻蝕:在進行擴散制結的工藝過程中，采用的是背靠背的擴散方式，因此，在完成擴散工藝后不僅在硅片的表面留有擴散的磷元素，而且在硅片的邊緣也會留有擴散的磷元素，如果不進行處理的話，在太陽能電池板吸收光能的過程中會使得PN節(jié)產(chǎn)生的電流會沿著硅片的邊緣擴散，最終連接到PN結的背面從而會導致PN節(jié)的短路。因此，在對硅片完成以上的工藝后還需要對硅片邊緣摻雜的硅進行刻蝕，去除硅片邊緣的磷元素，避免造成PN節(jié)短路。

鍍減反射膜:硅片被拋光以后其光滑表面的反射率是35%，太高的反射率會使得太陽能板的光電轉換效率低下，因此需要對光滑的硅片表面進行粗糙化處理，工業(yè)中比較常用的是在光滑硅片的表面制備一層氮化硅從而減少光線的反射。在工業(yè)生產(chǎn)中最常用的方式是采用PECVD設備制備減反射膜。

絲網(wǎng)印刷:經(jīng)過以上的工藝流程，硅片板已經(jīng)能夠在太陽下產(chǎn)生電流，但是還需要在太陽能電池板上制造一層電極來導出電流，絲網(wǎng)印刷是目前工業(yè)中應用最為廣泛的太陽能電極生產(chǎn)工藝。

快速燒結:在經(jīng)過絲網(wǎng)印刷以后的太陽能電池硅片，并不能直接使用，因為其表面還有一層有機樹脂黏合劑。因此需要經(jīng)過快速燒結，剔除電極上的有機樹脂黏合劑，經(jīng)過此道工藝將在電極兩側形成較為純凈的玻璃質，而且緊密結合在硅片上的銀電極。

2 IRB120機械手

IRB120是ABB機器人家族中體積較小的成員，它是ABB機器人家族中的第四代機器人。因為其體積小因此具有動作敏捷、結構緊湊，且較為輕便的特點，并且ABB將其控制精度和路徑的準確度也作了很大的提升，因此，在工業(yè)制造中，IRB120是物料搬運與機械裝配的理想選擇。同時，也可應用到電子、食品生產(chǎn)和太陽能電池的制作工藝中。

3 機械手在硅電池制作工藝中的應用

機械手的應用主要集中在去磷硅玻璃工藝中，其在生產(chǎn)工藝中的重要性和不可替代性使得機械手的優(yōu)勢得以體現(xiàn)。首先，該道工序需要使用大量的化學用品，人體的直接接觸會對人體的身體健康造成直接的影響。其次，本道工序操作流程復雜，錯誤的操作會使得整個硅電池的生產(chǎn)線受阻，因此需要精度高且可靠的機械手來完成這道工序。而ABB機械手IRB120，其設計的出發(fā)點就在于敏捷、緊湊、輕量，同時，該型號機械手易于集成，便于清洗，精度高，是提升硅電池生產(chǎn)工藝的完美之選。

4 總結

本文通過分析硅電池生成工藝流程的技術特點，總結需要應用機械手的工藝流程，并分析了ABB機械手IRB120的技術特點，得出，在硅電池工藝流程去磷硅玻璃工藝中，采用機械手控制技術將使得整個工藝的自動化水平提高。同時，也提高了整個工藝的可靠性和生產(chǎn)人員的安全性。當然，隨著機械手技術的不斷發(fā)展，機械手技術也將更多地應用于硅電池生成過程中的其他工藝流程中。

［1］勾憲芳，許穎，任丙彥，等.多晶硅太陽能電池的氮化硅薄膜性能研究［J］.河北工業(yè)大學學報，2005，34 (10):27－30.

［2］耿新華，孫云，王宗畔，等.薄膜太陽能電池的研究進展［J］.物理，1999(10):33－37.

［3］ 安其林.太陽電池原理與工藝［M］.上海:上海科學技術出版社，1984:20－22.

Application of ABB manipulator in silicon cell technology

MIAO Jie，ZHANG Qixiong，YANG Feifei，YAN Junting
(Battery Factory，Shanxi Lu’an Solar Co.，Ltd.，Changzhi Shanxi 046000，China)

With the continuous development of manipulator technology，the application field is more and more extensive.The manipulator is applied in production of silicon cell with the technology innovation of silicon cell.This paper elaborates the application of ABB manipulator in the silicon battery production process.

manipulator;silicon cell;production technology

TM914.4

A

1004－7050(2016)06－0088－02

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.27

2016－06－23

苗 杰，男，1987年出生，2012年畢業(yè)于北華航天工業(yè)學院，本科，工程師，主要從事機械手對硅電池片工藝的影響方面研究工作。